CHIMIE ORGANIQUE

CHIMIE ORGANIQUE CHIMIE ORGANIQUE Stéréochimie, entités réactives et réactions René MILCENT 17, avenue du Hoggar Parc d’Activité de Courtabœuf, BP 112 91944 Les Ulis Cedex A, France Du même auteur : Chimie organique hétérocyclique, EDP Sciences, 2003 Imprimé en Espagne ISBN : 978-2-86883-875-9 Tous droits de traduction, d’adaptation et de reproduction par tous procédés, réservés pour tous pays. La loi du 11 mars 1957 n’autorisant, aux termes des alinéas 2 et 3 de l’article 41, d’une part, que les « copies ou reproductions strictement réservées à l’usage privé du copiste et non destinées à une utilisation collective », et d’autre part, que les analyses et les courtes citations dans un but d’exemple et d’illustration, « toute représentation intégrale, ou partielle, faite sans le consentement de l’auteur ou de ses ayants droit ou ayants cause est illicite » (alinéa 1er de l’article 40). Cette représentation ou reproduction, par quelque procédé que ce soit, constituerait donc une contrefaçon sanctionnée par les articles 425 et suivants du code pénal. © EDP Sciences 2007 Je dédie ce livre à François, mon petit-fils, et à tous mes étudiants. Avant-propos La chimie organique représente la partie la plus importante de la chimie du carbone. L’étude de l’élément « carbone » (à l’état pur dans le diamant, et présent à plus de 99 % dans le charbon ou le graphite) et celle d’autres composés comme les carbures métalliques représentent la partie dite inorganique ou minérale de la chimie de cet élément. L’adjectif « organique » (provenant de la vie) a une origine historique puisque la première molécule synthétisée, l’urée, était d’origine naturelle (Frédéric Wölher, 1840). La chimie organique est, de nos jours, la science qui étudie les molécules constituées d’un ou plusieurs atomes de carbone liés entre eux et à d’autres éléments comme l’hydrogène, l’oxygène, l’azote, le soufre, le phosphore, les halogènes (fluor, chlore, brome, iode), parmi les plus importants. Dans les composés organométalliques, des métaux entrent dans la composition de la molécule : on peut citer parmi eux les plus souvent rencontrés, le sodium (Na), le potassium (K), le lithium (Li), appelés métaux alcalins, ou le cuivre (Cu), le zinc (Zn) et surtout le magnésium (Mg). Dérivée de la chimie organique et de la biochimie, il existe la chimie bio-organique, terme redondant dans la mesure où « bio » et « organique » ont la même signification (la vie). Cette branche de la chimie organique recouvre l’étude chimique et physicochimique des composés d’origine naturelle ainsi que les mécanismes chimiques impliqués dans les processus biologiques moléculaires. La chimie biologique (terme utilisé au XIXe siècle pour désigner la biochimie) se consacre plus particulièrement à la synthèse des composés d’origine naturelle. Il existe des traités de chimie organique, dont le renom n’est plus à faire, et qui ont aidé l’auteur à écrire ces pages (en particulier ceux de Mary et Louis F. Fieser, Jerry March, ou K. Peter Vollhardt et Neil E. Schore, parmi d’autres). Il existe aussi d’excellents cours et dictionnaires dans ce domaine. Par contre, peu d’ouvrages proches d’un guide pour l’étudiant débutant ont été conçus, des ouvrages qui se rapprochent d’un cours, dans la mesure où, définitions et exemples se succèdent selon un ordre aussi logique que possible dans les différentes parties de la chimie organique. C’est ce que l’auteur 4 Chimie organique a tenté de réaliser, en espérant y avoir réussi. Ainsi, l’étudiant peut y retrouver une définition sans être obligé de lire plusieurs pages préliminaires, et aussi, d’y trouver des exemples simples qui l’éclairent immédiatement, ou complexes, et qui lui ouvrent d’autres perspectives. Cet ouvrage ne peut pas se substituer à un cours magistral, mais il peut l’accompagner. Sa structure qui ne fait pas apparaître les fonctions les unes après les autres selon le schéma français classique, permet, par contre, des généralisations plus facilement accessibles par groupes réactionnels. La recherche de la concision et de la clarté a été étayée par une longue expérience pédagogique de l’auteur, et en particulier, les longues discussions qu’il a pu avoir avec les étudiants à la fin des cours. La simplicité a prévalu volontairement dans les premiers chapitres, mais des compléments parfois nécessaires ont été ajoutés dans les chapitres suivants, en fonction des besoins. Par exemple, pour ce qui concerne les liaisons du carbone : au premier chapitre sont présentées les différentes hybridations des orbitales de cet élément, de l’oxygène, et de l’azote, et au chapitre 14, la théorie des orbitales moléculaires, ce qui rend la chimie organique plus accessible aux étudiants dont ce n’est qu’une matière de concours (par exemple le PCEM). Pour les autres, il suffit qu’ils se reportent au chapitre 14. L’utilisation de couleurs apporte dans certains cas un moyen de mieux suivre le déroulement de mécanismes, voire de rendre moins austère l’apprentissage de cette discipline. Certains schémas sont encadrés, d’autres ne le sont pas. Le degré d’intérêt de telle réaction, mécanisme ou exemple est purement subjectif, sauf pour les réactions les plus classiques, et ne pourra donc satisfaire tous les chimistes qui voudront y jeter un œil, selon leurs propres conceptions du sujet traité. Des notes ont été ajoutées à certains endroits du texte. Elles sont parfois utiles pour expliquer un terme utilisé : par exemple, la distillation azéotropique, ou le benzyne… Elles sont peu nombreuses afin de ne pas être une gêne à la lecture. Les années de découverte des réactions les plus connues sont parfois approximatives en raison de publications multiples sur le sujet à une même époque. L’orthographe de certains termes est variable selon les ouvrages en français. Par exemple, protoné ou protonné, dipole ou dipôle… L’auteur a donc fait un choix délibéré, selon ses propres sources d’information. Comme le titre de l’ouvrage l’indique, la physico-chimie n’a pas été traitée. En raison de l’importance du développement de ce domaine et de certaines contraintes éditoriales, il a été jugé plus pertinent que les étudiants se reportent, dans ces conditions, vers des livres spécialisés facilement accessibles. Pour terminer ces quelques lignes, l’auteur tient à exprimer toute son amitié, sa gratitude et ses chaleureux remerciements à Messieurs Géo BARBIER et François CHAU, Maîtres de Conférences à l’Université Denis Diderot à Paris : d’abord, à Monsieur Géo BARBIER, pour les discussions pédagogiques toujours fructueuses et qui ont été utiles pour la rédaction de certains points de cet ouvrage, et ensuite, à Monsieur François CHAU, pour l’important et minutieux travail de relecture qu’il a effectué, sans oublier les excellents conseils qu’il a prodigués avec beaucoup de générosité. Sommaire PREMIÈRE PARTIE : Molécules et entités réactives ............................................................................... 7 Chapitre 1 - Atomes et leurs types de liaison en chimie organique ............................... 9 Chapitre 2 - La molécule : formules brute et développée ........................................... 23 Chapitre 3 - Isoméries structurales et géométriques .................................................. 39 Chapitre 4 - Stéréoisomérie-stéréochimie ................................................................... 51 Chapitre 5 - Polarisation des liaisons ........................................................................ 127 Chapitre 6 - Entités réactives ................................................................................... 175 SECONDE PARTIE : Les grands mécanismes réactionnels ................................................................. 271 Chapitre 7 - Généralités ............................................................................................ 273 Chapitre 8 - Les réactions de substitution ................................................................ 287 Chapitre 9 - Les réactions d’addition sur les alcènes et alcynes ............................... 457 Chapitre 10 - Les réactions d’addition sur les groupes carbonyle, imine et nitrile .................................................................................... 517 Chapitre 11 - Les réactions d’élimination ................................................................. 603 Chapitre 12 - Les réactions d’oxydation ................................................................... 645 Chapitre 13 - Les réactions de réduction .................................................................. 689 Chapitre 14 - Les réarrangements ............................................................................. 745 PREMIÈRE PARTIE : MOLÉCULES ET ENTITÉS RÉACTIVES Chapitre 1 - Atomes et leurs types de liaison en chimie organique Chapitre 2 - La molécule : formules brute et développée Chapitre 3 - Isoméries structurales et géométriques Chapitre 4 - Stéréoisomérie-stéréochimie Chapitre 5 - Polarisation des liaisons Chapitre 6 - Entités réactives Chapitre 1 Les atomes et leurs types de liaisons en chimie organique Sommaire : 1.1 L’atome de carbone ..........................................................................................10 1.1.1 - Les orbitales atomiques (voir aussi § 14.1) .............................................13 1.1.2 - Les orbitales hybridées du carbone ........................................................13 1.1.2a - L’hybridation sp3 .......................................................................14 1.1.2b - L’hybridation « sp2 » ................................................................15 1.1.2c - L’hybridation « sp » ..................................................................17 1.1.3 - L’allène CH2=C=CH2 et ses dérivés .......................................................18 1.2 L’oxygène (configuration électronique et types de liaisons) ....................19 1.3 L’azote (configuration électronique et types de liaisons) .........................20 Remarque importante : ce chapitre ne constitue qu’un rappel du cours d’atomistique. Les lois de remplissage des cases quantiques sont considérées connues. Un complément à ce chapitre concernant les orbitales atomiques et moléculaires (liantes, anti-liantes, non liantes, HOMO et LUMO) est donné dans la section 14.7. 10 Chimie organique 1.1 L’atome de carbone L’élément « carbone » est situé dans le milieu de la seconde période du tableau de Mendéléiev (tableau 1.1) entre le bore (B) et l’azote (N). I Familles II IV III V VI VII VIII périodes 1 1,008 6,94 2 Li 3 22,99 3 4 H 1 Na 11 2 9,01 10,81 Be B 4 5 24,31 26,98 6 C 28,09 Al Mg 12 12,01 13 14,01 7 N 8 O 30,97 32,06 P S Si 14 19 16 15 16 9 20,18 F 35,45 Cl 17 He Ne 10 39,95 Ar 18 masse atomique 12,01 6 C n° atomique (Z) : nombre d'électrons qui gravitent autour du noyau de l'atome Tableau 1.1 Le carbone appartient à la 4e famille des éléments. Son numéro atomique, (Z), est 6 ; il possède donc 6 électrons e- (deux sur la couche 1, et quatre sur la couche 2) qui gravitent autour du noyau, lequel est constitué de 6 protons chargés positivement ce qui confère la neutralité électrique de l’atome. Sa configuration électronique est : 1 s2 2 s2 2 p2 L’isotope naturel 13C non radioactif, froid, est le plus abondant, avec environ 1% de la quantité du 12C. Il contient dans le noyau de l’atome 6 protons et un neutron. L’isotope 14C, radioactif ou chaud, à l’état de traces dans la nature, contient dans le noyau un neutron supplémentaire par rapport à 13C (6 protons et 2 neutrons). Rappel : les isotopes d’un même élément ont un même nombre de protons et d’électrons ce qui assure la neutralité électrique de l’atome, mais se différencient par le nombre de neutrons présents dans le noyau de l’atome à côté des protons. Comme leur nom l’indique, les neutrons ne portent aucune charge électrique, mais possèdent une masse égale à celle du proton. Ce qui explique la variation de la masse atomique (12C,13C, 14C). La 8e famille des éléments du tableau de Mendéléiev regroupe les gaz nobles ou rares : hélium (He), néon (Ne), krypton (Kr), xénon (Xe) et radon (Rn). Ce sont des éléments inertes chimiquement qui ne peuvent ni perdre ni gagner des électrons et sont les plus stables. Les éléments des autres familles sont actifs chimiquement car ils perdent ou gagnent des électrons en formant des liaisons dans les réactions afin d’atteindre la 1. Les atomes et leurs types de liaisons en chimie organique 11 configuration électronique du gaz rare qui leur est le plus proche, de numéro atomique Z plus faible ou plus élevé, ce qui les stabilise. Pour la plupart des éléments de la seconde période, la stabilité est donc acquise lorsque 8 électrons sont présents sur la couche 2 (ce qui correspond à la configuration électronique stable du néon 1 s2, 2s2, 2 p6, Z = 10). C’est la règle dite de l’octet, soit 4 doublets d’électrons sur la couche externe de l’atome. La position centrale du carbone avec Z = 6 dans le tableau de Mendéléiev (figure 1.1) nécessiterait a priori, qu’il perde ou gagne 4 électrons pour obtenir respectivement les configurations des gaz rares les plus proches 2He (hélium) ou 10Ne (néon), devenant ainsi des ions C4+ ou C4-. Cette éventualité est impossible car elle suppose un apport très important d’énergie peu compatible avec la nature des réactions de la chimie organique. Une autre solution qui permet à l’atome de carbone de parvenir à la configuration électronique du néon est la mise en commun de ses quatre électrons de la couche 2 avec d’autres éléments comme l’hydrogène, l’oxygène, l’azote, les halogènes, pour n’en citer que les plus classiques, ou d’autres atomes de carbone, en formant ainsi quatre liaisons dites covalentes, comme dans le méthane, CH4. Réciproquement, les éléments ainsi liés au carbone mettent eux aussi en commun leurs propres électrons avec le carbone. Cette réciprocité des éléments dans la mise en commun d’électron(s) lors de la formation des liaisons covalentes leur permet d’obtenir chacun une configuration de gaz rare : ainsi, par exemple, l’hydrogène 1H, gagne un électron et obtient la configuration de l’hélium, 2He, et le fluor, 9F, celle du néon, 10Ne. On remarquera que la configuration électronique du carbone est différente selon qu’il est dans son état fondamental, non lié, ou au contraire, partie d’une molécule, formant alors quatre liaisons covalentes (figures 1.1 et 1.2). 20 10 Ne : néon 1s2 12 6 C: (gaz rare ou noble) 2s2 2p6 12 6 C: carbone carbone (configuration électronique lors de la formation des liaisons covalentes) (configuration électronique de l'élément à l'état fondamental: non lié) 1s2 1s2 2p2 case quantique p vide 2s1 2p3 Les 4 cases quantiques de la couche 2 sont complétées par des électrons célibataires (non figurés) apportés par les éléments qui forment les liaisons covalentes avec le carbone, contribuant ainsi à stabiliser l'atome de carbone en lui donnant une configuration de gaz rare, dans ce cas, le néon. Figure 1.1 Le carbone est alors entouré d'un octet d'électrons. mette en commun plusieurs de ses électrons avec le carbone. créant ainsi des doubles (2 doublets = 4 électrons) ou triples liaisons (3 doublets = 6 électrons). 1s2 couche 2 C H H H 2He : hélium (gaz noble) 1s2 Chaque atome d'hydrogène met son électron en commun avec l'atome de carbone.2 Une liaison covalente. résulte donc de la mise en commun d’un électron célibataire par chaque atome qui la constitue. Figure 1. Il est possible qu’un élément. Tous les électrons d’un atome sont disposés dans des cases quantiques où ils sont seuls.2 le montre. groupe qui porte une charge négative sur ce carbone et appelé carbanion (figure 1. le carbone forme trois liaisons covalentes ce qui lui apporte trois fois un électron. . sans mise en commun réciproque comme dans les liaisons covalentes. électrons dits « appariés » formant une paire ou un doublet d’électrons. chaque liaison gardant un caractère covalent. Comme la figure 1. ces deux électrons définissent le doublet de liaison. potassium et lithium).13).12 Chimie organique Rappel : une case quantique figurée par un petit rectangle ne peut pas recevoir plus de deux électrons de même type « s » ou « p » (pour les deux premières couches). Le carbone obtient ainsi 8 électrons (octet d’électrons) sur sa seconde couche (comme le néon) et chacun des hydrogènes acquiert par sa liaison au carbone un électron ce qui lui donne la configuration électronique de l’hélium. et inversement pour le carbone. ils ont des spins contraires représentés par des flèches inversées.3) (§ 6. pour former 4 liaisons covalentes. neutre dans son état fondamental. le méthane H H Exemple: CH4 H C H ou H H liaison covalente simple Carbone dans CH4 couche 1 1H : hydrogène 1s1 H H H structure de Lewis Cette liaison correspond à un doublet d'électrons formé à partir d'un électron du carbone et d'un électron de l'hydrogène. comme l’oxygène ou l’azote. le transforme alors en un anion. électrons dits « célibataires » ou par deux. le méthane est constitué d’un atome de carbone lié par quatre liaisons covalentes aux quatre atomes d’hydrogène. Ce 4e électron fourni ainsi au carbone. symbolisée par un trait. Dans ce dernier cas. ce qui signifie que leurs rotations par rapport à leurs axes de symétrie sont inversées. Dans ce cas. ayant perdu un électron devient un cation métallique M+. Le carbone peut aussi former des liaisons ioniques avec les métaux alcalins (sodium. et le métal lui transfère le quatrième électron (règle de l’octet) : le métal. avec un seul électron. oxygène. fluor. ou « 2s ». les orbitales atomiques des électrons « p » sont représentées par deux lobes symétriques par rapport au noyau de l’atome. 1s1. Les atomes et leurs types de liaisons en chimie organique 13 R1 R2 C R3 carbanion Na cation métallique R1.2 – Les orbitales hybridées du carbone Lorsque le carbone forme des liaisons covalentes avec d’autres atomes.1) L’orbitale d’un électron dans un atome est le lieu géométrique de l’espace où il existe une très forte probabilité de le trouver. néon) et dont le nombre n’excède pas deux (remplissage d’une seule case quantique par couche). et à l’hélium. avec deux électrons. se répartissent dans les quatre cases quantiques qui constituent la couche 2. que cet électron soit 1s (première couche correspondant à l’hydrogène. R2.1. hydrogène et hélium ne possèdent que des électrons « s ».4 Par contre. 1.1. noyau de l'atome orbitale atomique pure "s" orbitale atomique pure "p" Figure 1. Les orbitales atomiques des électrons « s » (figure 1.2). Ces électrons « p » ne sont présents qu’à partir de la couche 2 où ils n’excèdent pas le nombre de 6. Les éléments de la première période. Le carbone et les autres éléments de la seconde période sont constitués de deux types d’électrons : électrons « s » et électrons « p ». « 1s2 ». R3 représentent des atomes ou groupes d'atomes formant chacun une liaison covalente avec l'atome de carbone Figure 1. .1. une « s » et trois « p » et deviennent « 2s1 2p3 » (figure 1. béryllium.1 – Les orbitales atomiques (voir aussi § 14. bore. une « s » et deux « p ». azote.4) sont décrites par des sphères centrées sur le noyau de l’atome.3 1. correspondant alors aux électrons « s » de la seconde couche (lithium. les électrons de la seconde couche « 2s2 2p2 » présents à l’état fondamental dans deux cases quantiques. carbone. Si ce recouvrement est coaxial. On parle alors de Ctétraèdral. noyau de l'atome orbitale hybridée Figure 1.14 Chimie organique Selon la nature des liaisons créées entre le carbone. et d’autres atomes. la liaison ainsi créée est dite π (pi) (voir la figure 1.5) centrés sur le noyau de l’atome. « sp2 » (deux liaisons simples et une double liaison) ou sp (une liaison simple et une triple liaison). Une liaison entre atomes correspond à un recouvrement des orbitales des deux électrons mis en commun formant ainsi une orbitale moléculaire. 109°28' 109°28' 109°28' C 109°28' 109°28' tétraèdre du carbone hybridé "sp3" Figure 1.5 Les quatre axes de symétrie de ces orbitales hybridées du carbone font entre eux des angles dièdres égaux de 109° 28'.1. Elles sont représentées par deux lobes dissymétriques (figure 1. celui-ci est dans l’état d’hybridation « sp3 ».6).9). le carbone est dit dans l’état d’hybridation « sp3 » (quatre liaisons simples). la liaison est dite σ (sigma). Les 4 électrons de la seconde couche deviennent hybrides (entre « s » et « p ») et leurs 4 orbitales deviennent hybridées.6 Ce type d’hybridation est celui du carbone dans le méthane CH4 : 4 liaisons σ équivalentes sont formées par recouvrement des 4 orbitales hybridées « sp3 » du carbone avec . S’il est latéral. 1.2a – L’hybridation sp3 Dans le cas où un atome de carbone forme 4 liaisons simples σ avec d’autres atomes. Le noyau du carbone est au centre de la représentation (figure 1. cette hybridation du carbone se retrouve dans tous les alcanes de formule générale CnH2n+2 comme l’éthane C2H6. et son axe lui est perpendiculaire. etc.7 Il y a libre rotation autour des liaisons simples V.1. elle est donc figurée comme une haltère symétrique. orbitales 1"s" de l'hydrogène H σ σ C σ H σ orbitales hybridées "sp3" du carbone H H molécule de méthane CH4 H H H σ σ σ C σ C recouvrement de deux orbitales hybridées sp3 (liaison σ) σ σ σ rotation possible H H H recouvrement d'une orbitale hybridée sp3 du carbone et d'une orbitale pure "s" de l'hydrogène (liaison σ) molécule d'éthane CH3-CH3 Figure 1.2b – L’hybridation « sp2 » Dans ce type d’hybridation des orbitales atomiques du carbone. Les 3 autres orbitales sont hybridées « sp2 » à partir de l’orbitale « s » et des deux orbitales « p » restantes (figure 1. le propane C3H8.15 1. Les 3 orbitales hybridées « sp2 » sont équivalentes. comme les deux groupes méthyles dans la molécule d’éthane CH3-CH3.8). leurs axes de symétrie sont coplanaires et font entre eux des angles de 120°. le butane C4H10. Outre le méthane. une seule orbitale « p » de la couche 2 reste pure. Les atomes et leurs types de liaisons en chimie organique les 4 orbitales « s » sphériques de 4 atomes d’hydrogène formant un système tétraédrique (figure 1. 1.7). ce qui permet à deux groupes carbonés adjacents de tourner l’un par rapport à l’autre. L’orbitale « p » pure se situe de part et d’autre de ce plan. . et ses analogues. Figure 1. >C=S (thione) et >C=N. groupe présent aussi dans les hydrazones. La double liaison est donc formée d’une liaison σ et d’une liaison π (soit. Le carbone est alors dit Ctrigonal. deux avec l’hydrogène et une avec l’autre carbone.9).9 . liaison σ résultant du recouvremenent coaxial d'une orbitale s de l'hydrogène et d'une orbitale hybridée sp2 du carbone liaison π résultant du recouvrement latéral des orbitales p pures de part et d'autre du plan des orbitales hybridées sp2 pas de libre rotation entre ces deux carbones H H σ σC H π H π σ C H σ σ σ H2C=CH2 H H H éthylène liaison σ résultant du recouvrement coaxial des orbitales hybridées sp2 des deux carbones. – une liaison π.8 Ce type d’hybridation est caractéristique des doubles liaisons entre carbones >C=C<.9 pour des raisons de lisibilité). en tout. >C=N-N< et semicarbazones. Dans l’éthylène (figure 1. par recouvrement latéral des deux orbitales p pures des deux atomes de carbone hybridés « sp2 » (remarque : ce recouvrement n’a pas été réalisé dans la figure 1. La molécule est plane (les noyaux des deux carbones et des quatre hydrogènes dans l’éthylène sont coplanaires) et les angles de liaisons sont de 120°.16 Chimie organique orbitales hybridées sp dont les axes sont coplanaires orbitale p pure perpendiculaire au plan des axes des orbitales hybridées sp2 2 120° 120° C 120° carbone hybridé sp2 Figure 1. chaque atome de carbone de la double liaison est hybridé « sp2 » et forme: – trois liaisons σ. 4 électrons).(imine. >C=N-NH-CO-N< et oximes. >C=N-OH). entre C et O dans le groupe carbonyle >C=O. les doubles liaisons sont bloquées. première liaison π p sp axe des orbitales hybridées sp H oeil de l'observateur et recouvrement d'orbitale s pure de l'hydrogène et d'orbitale hybridée sp du carbone (liaison σ) ce qu'il voit orbitales p pures H orbitale sp H second recouvrement d'orbitales p pures deuxième liaison π 2π σ C Cσ H acétylène Figure 1. Elles seront donc très facilement attaquées.10 σ . – Les axes des deux orbitales « sp » sont colinéaires. par des entités chargées positivement telles que H+. provenant par exemple d’acides hydrohalogénés (formule générale HX avec X = halogène. Cette attaque pourra s’effectuer sur chaque face du plan « sp2 » ce qui peut conduire. En raison du recouvrement latéral des orbitales « p » pures (liaison π). sous l’action d’un rayonnement ultraviolet. 1. chapitre 10). comme dans HCl. ou de température élevée.10). Toutefois. à deux composés différents par leur représentation dans l’espace (voir les réactions d’addition sur les doubles liaisons.11). le proton. le recouvrement latéral des orbitales « p » n’est plus assuré et une rotation autour de la liaison σ devient possible (ce mécanisme est à la base du phénomène de la vision). dans certains cas. il n’y a plus libre rotation entre les carbones hybridés « sp2 » dans les conditions dites normales (température de 25 °C.2c – L’hybridation « sp » Lorsque le carbone est dans l’état d’hybridation « sp » (figure 1.17 1. deux orbitales p pures sont accompagnées de deux orbitales hybridées « sp » équivalentes et formées à partir de l’orbitale « s » et de la troisième orbitale « p » de la couche 2 du carbone. 1 atm).1. p sp recouvrement d'orbitales p pures. ce qui correspond à un fort apport d’énergie à la molécule. HBr) ou d’un carbone chargé positivement appelée carbocation (§ 6. – Les axes des deux orbitales « p » pures sont perpendiculaires entre eux et à l’axe commun des orbitales hybridées « sp ». en particulier. Les atomes et leurs types de liaisons en chimie organique Les doubles liaisons représentent des régions de la molécule à forte densité électronique. comme le propyne. forme deux liaisons V et deux liaisons S ce qui conduit dans l’acétylène HC≡CH (2 carbones hybridés « sp » liés) à une triple liaison (soit six électrons). Ainsi. Ces derniers définissent deux plans perpendiculaires entre eux puisque les axes des deux orbitales « p » pures du carbone central sont perpendiculaires entre eux. (figure 1. etc. le butyne. dont H + et les carbocations (groupes dont un carbone porte une charge positive). les cétènes et les carbodiimides ont aussi un carbone « sp » avec deux doubles liaisons de part et d’autre. Un cas particulier concerne l’allène qui ne possède pas de triple liaison. comme pour les doubles liaisons.3 – L’allène CH2=C=CH2 et ses dérivés Dans l’allène. C4H6. et la fonction nitrile -C≡N. l’attaque des entités chimiques pauvres en électrons. Outre l’acétylène. ce type d’hybridation du carbone se retrouve dans tous les alcynes de formule générale.. Cette forte concentration d’électrons a pour conséquence. C3H4.18 Chimie organique Le carbone ainsi hybridé. le carbone central est hybridé « sp » et les deux autres « sp2 ». 90° H H π π σ σ H H carbone hybridé sp carbone hybridé sp2 carbone hybridé sp2 plans perpendiculaires H H σ π π σ C σ sp2 C σ sp H σ Cσ sp2 H allène Note : il existe encore d’autres cas semblables à l’allène. hybridation sp C C cétène O N C N carbodiimide Figure 1.11 .11). CnH2n-2.1. 1. Cette augmentation de l’angle de liaison ne peut pas être la conséquence de la répulsion entre les deux atomes d’hydrogène qui portent chacun une charge partielle positive. En fait. L’explication réside dans une hybridation de « type sp3 » de géométrie tétraédrique.13). Les atomes et leurs types de liaisons en chimie organique 1. des orbitales des électrons de la couche 2 de l’oxygène. car elle est trop élevée. comme le représente le schéma suivant: doublets libres non liants O O H H H O H H H H H3C H O H O C H H eau O C H H C H méthanol Figure 1. observer le même angle entre les deux liaisons OH de la molécule d’eau. chaque atome d’hydrogène met son électron célibataire en commun avec un électron de la couche 2 de l’oxygène (figure 1. H2O.2 L’oxygène (configuration électronique et types de liaisons) La configuration électronique de l’oxygène 8O est 1s2 2s2 2p4 (figure 1.13 H H H H3C diméthyléther CH3 . Les orbitales « p » pures de l’oxygène faisant entre elles un angle de 90°. Dans l’eau. Deux des quatre orbitales hybridées contiennent une paire d’électrons et les deux autres. a priori. on devrait.12) : 1s2 2s2 2p4 Figure 1. cet angle est de 104°.12 Cet élément peut donc former deux liaisons covalentes avec d’autres éléments pour acquérir la configuration électronique du néon (Z = 10). un électron célibataire.19 1. 7N. C2H5. elles sont accompagnées d’une orbitale « p » pure dont l’axe est perpendiculaire au plan défini par les trois axes des orbitales « hybridées ».14 1. R" représentent des groupes carbonés).14).20 Chimie organique Cette structure se retrouve dans les alcools R-O-H. 1s2 2s2 2p3 Figure 1. éthyle. et les éthers R-O-R' où R et R' représentent des groupes hydrocarbonés (par exemple alkyles: CH3.3 L’azote (configuration électronique et types de liaisons) La configuration électronique de l’azote. contient une paire d’électrons (doublet libre non liant). π σ H C H O H H π CσO méthanal ou formaldéhyde Figure 1. R'. comme dans le groupe carbonyle >C=O. dont deux d’entre elles contiennent chacune une paire d’électrons et la troisième un électron célibataire. il est alors dans l’état d’hybridation de « type sp3 ». primaires. tertiaires où R. .. comme dans le formaldéhyde (figure 1.15 Lorsque l’azote forme 3 liaisons simples comme dans l’ammoniac NH3 ou les amines (R-NH2. hybridée elle aussi. et il existe alors 3 orbitales hybridées. Trois orbitales hybridées contiennent chacune 1 électron célibataire et la quatrième.15). R-NH-R'. il est alors dans un état d’hybridation de « type sp2 » (comme le carbone qui l’accompagne). secondaires..16).). tétraèdrique (figure 1. Lorsque l’oxygène forme une double liaison. ou R-N(R")-R'. propyle. méthyle. C3H7. est 1s2 2s2 2p3 (figure 1. . les oximes >C=N-OH. Les atomes et leurs types de liaisons en chimie organique doublet libre non liant H N H N H H H H C H H H H N H ammoniac NH3 méthylamine CH3NH2 Figure 1..21 1. Comme pour l’oxygène. et la troisième. Il reste donc une orbitale « p » pure contenant un électron.17 Lorsque l’azote forme une triple liaison avec un carbone pour créer une fonction nitrile -C≡N.. cet électron « p » permet la formation de la liaison π avec un atome de carbone hybridé « sp2 » : π σ H C H N H H π σ H C H π Cσ N H H N H H H π H Cσ N Figure 1. une paire d’électrons (figure 1.16 Lorsque l’azote forme une double liaison et une liaison simple comme dans les imines >C=N-R'. il est alors dans l’état d’hybridation de type « sp ». il est alors dans l’état d’hybridation de « type sp2 » : deux des trois orbitales hybridées contiennent chacune un électron célibataire. dont l’axe est perpendiculaire au plan défini par les axes des trois orbitales hybridées. l’autre orbitale hybridée contient seulement un électron et forme avec une orbitale hybridée « sp » du carbone une liaison σ. Une orbitale hybridée de l’azote contient un doublet d’électrons libres (doublet libre de l’azote). Les deux orbitales « p » pures de l’azote forment avec .17). 22 Chimie organique celles du carbone les deux liaisons π de la fonction nitrile (figure 1. l’acide cyanhydrique et l’acétonitrile (ou éthanenitrile).18 π σ π N . Deux exemples sont donnés. π π H C σ Hσ C π σ π N N acide cyanhydrique H π π H C σ C σ N Hσ H Cσ C σ σ H H acétonitrile Figure 1.18). ............................. formule développée et introduction à la nomenclature Sommaire : 2.................1....................................................24 2................1..................................................24 2....26 ....................................25 2........................1 La formule brute ................L’analyse pondérale ou quantitative ........................................L’analyse élémentaire ...................2 .2 La formule développée ....1 ......3 Notions générales de nomenclature ......................24 2.....................................Chapitre 2 La molécule : formule brute........... Par exemple.016 masse d'hydrogène dans l'échantillon masse d'hydrogène dans l'échantillon = m H % d'hydrogène dans l'échantillon = x masse totale de l'échantillon (M) masse de carbone dans l'échantillon = m % de carbone dans l'échantillon = 2O CO2 x X 100 12. 2. Elle est définie à partir de l’analyse élémentaire. 2. de l’analyse pondérale. CH4N2O. une masse M d’échantillon est brûlée dans un courant d’oxygène ce qui oxyde tous les atomes de carbone en molécules d’anhydride carbonique CO2 et les atomes d’hydrogène en molécules d’eau. 16.1. Il est donc facile de déterminer les pourcentages de chacun des éléments dans l’échantillon M. H2O. pour un composé constitué de carbone. et la propanone ou acétone (CH3-CO-CH3. l’anhydride carbonique était piègé à la sortie de l’appareil par la potasse ou la chaux sodée sous forme de carbonates ce qui permettait de déterminer sa masse mCO2. l’oxygène et l’hydrogène par des réactions spécifiques à chaque élément. Elles permettent aussi d’obtenir directement les pourcentages des différents éléments qui constituent la molécule étudiée. un desséchant. Par exemple. par différence de masses du piège avant et après l’expérience. C3H6O.24 Chimie organique 2. des techniques modernes basées sur la chromatographie sont utilisées. et celle de CO2 de 44. Avant l’utilisation de cette technique.01 masse de carbone dans l'échantillon X 100 masse totale de l'échantillon (M) . celle du carbone.01 g. 2.1 La formule brute La formule brute (ou condensée) indique les différents types d’atomes qui constituent la molécule et leur nombre. formule développée). et d’autres gaz formés à partir de l’azote. 12. d’hydrogène et d’oxygène. formule développée) a pour formule brute. et de techniques physicochimiques permettant de déterminer la masse moléculaire.000. Il en est de même de l’eau retenue dans un piège à perchlorate de magnésium.016 g.008. Pour séparer les molécules de CO2.2 – L’analyse pondérale ou quantitative L’analyse pondérale ou quantitative permet de définir le pourcentage de chaque élément constituant la molécule à l’exception de l’oxygène. l’urée (H2N-CO-NH2. la masse moléculaire de H2O est égale à 18. Sachant que la masse atomique de l’hydrogène est 1.01 et celle de l’oxygène.1 – L’analyse élémentaire L’analyse élémentaire permet de définir les éléments présents (analyse qualitative) autres que le carbone.01 44.1.016 18. H2O. d’où sa masse meau. 51 / 12. double ou triple selon le cas.71.%C). Il s’agit de la cryoscopie ou de l’ébullioscopie.16) et pour tout autre multiple de C3H6O2 (C6H12O4.03.08 g.016 = 0.5 / 3 / 1. les différentes fonctions.41 %. Le pourcentage de carbone est : 100 x 0. et pour l’oxygène : 43.101 = 8. . 0.2. Le rapport entre les nombres d’atomes de carbone.101 g d’un composé constitué de carbone. et seules les fonctions apparaissent. Enfin.18 g de CO2. Si l’on considère qu’il y a 1 atome d’oxygène dans la molécule. Le nombre d’atomes étant toujours un nombre entier.101 = 48.0491 / 0. dans le dernier cas.0491 g.01 = 0. la formule développée indique la nature des liaisons interatomiques.01.51 = 43. 2. Plusieurs méthodes anciennes existent.41 / 16 = 2. On peut remarquer dans les exemples présentés dans la figure 2.00816 / 0. Sa combustion fournit 0. le rapport devient C / H / O = 3 / 6 / 2 soit une formule possible : C3H6O2 avec une masse moléculaire M = 74. pour H : 8. Elles sont remplacées par la spectrométrie de masse. et la masse de carbone : 0. Aux erreurs d’expérience près. on peut dire qu’il existe un rapport C / H / O = 1.08 – 48. Comme le montre l’exemple indiqué ci-dessus.71 = 2.73 g d’eau et 0. Le pourcentage d’oxygène est donc : 100 – 8. la disposition relative dans l’espace des divers groupements qui constituent la molécule (voir stéréoisomèrie chapitre 3).008 = 8. il est nécessaire de connaître la masse moléculaire de l’échantillon. Ces méthodes ne sont plus utilisées. formule développée et introduction à la nomenclature 25 Pour une molécule constituée uniquement de C.1 les différentes possibilités d’écriture des formules développées : dans un premier cas tous les atomes sont représentés par leur symbole. Par exemple.00816 g.08 / 1. pour déterminer la formule exacte.73 x 2. mais le rapport entre C / H / O est le même pour C6H12O4 (avec M =148.01 = 4.08 %.71 = 1. dans certains cas. C12H24O8…). toutes deux sont basées sur la variation respective du point de fusion ∆ F °C ou d’ébullition ∆ Eb °C d’un liquide lorsqu’on y ajoute en solution une quantité définie d’une molécule de masse M. La molécule : formule brute.%H . la chaîne carbonée est représentée simplement par des traits simple. Le spectromètre de masse est un appareil qui permet d’obtenir dans la plus grande majorité des cas.01 / 2.96. La masse d’hydrogène dans l’échantillon est donc : 0.01 / 44. d’hydrogène et d’oxygène est donc : pour C : 48. ce qui permet de connaître le squelette carboné.2 La formule développée En plus de la formule brute. écriture simplifiée.51 %. très inférieure à 1 mg.49 et pour H : 8. à partir d’une quantité infinitésimale de substance à analyser. dans le second cas. à la fois la masse moléculaire de l’échantillon mais aussi des informations importantes sur la structure de la molécule. le pourcentage d’oxygène est déterminé par différence (100 . l’abréviation des groupes comme Me pour méthyle.03 / 2. H et O. d’hydrogène et d’oxygène est soumis à l’analyse quantitative. Le pourcentage d’hydrogène dans l’échantilon est donc : 100 x 0.18 x 12. Et pour éthyle… est utilisée. et. le rapport devient pour C : 4.016 / 18. . octane (C8H18). (13C RMN) selon leur environnement (en fait. plus spécifique des doubles et triples liaisons. n-propyle (n-C3H7 ou n-Pr). pentane (C5H12). propane (C3H8). O ou H3C C CH3 ou Me O O Me ou Figure 2. des règles très précises ont été élaborées par un organisme international appelé IUPAC (International Union of Pure and Applied Chemistry). puisque dans la Nature.26 Chimie organique Exemples : éthanol: formule brute: C2H6O formule développée: C2H5OH H3C CH2 OH ou ou Et-OH OH acétone (ou propanone): formule brute: C3H6O formule développée: CH3-CO-CH3. Toutes les liaisons sont donc des liaisons σ. série dite normale. … Certains isomères de chaîne sont indiqués par les préfixes iso comme l’isopropane : le groupe correspondant est appelé isopropyle (i-propyle ou i-Pr). n-butyle (C4H9 ou n-Bu). de formule générale CnH2n+2. à environ 1 % ). Ces dénominations supposent que la chaîne de carbones est linéaire. soit les carbones. Les alcanes sont désignés par le suffixe « ane » : méthane (CH4). à chaque 12C est associé du 13C. ce sont les 13C qui sont étudiés par cette méthode mais cela n’a pas d’importance. . butane (C4H10).3 Notions générales de nomenclature Afin de nommer les molécules.. Quelques unes d’entre elles sont décrites de façon succincte afin d’éclairer les chapitres suivants. 2. hexane (C6H14). la spectrométrie de résonance magnétique nucléaire (RMN) qui permet de différencier soit les protons (1H RMN).Alcanes ou hydrocarbures saturés (RH) : composés constitués seulement d’atomes de carbones et d’hydrogènes.1 La détermination de la formule développée fait appel à différentes techniques physicochimiques comme la spectrographie infrarouge (IR) qui indique les fonctions présentes et apporte quelques renseignements sur la nature des groupes carbonés. éthyle (C2H5 ou Et). Tous les carbones sont hybridés « sp3 ».. Me-CO-Me. Les groupes alkyles correspondants formés par la perte d’un atome d’hydrogène sur un carbone terminal sont appelés respectivement méthyle (CH3 ou Me). la spectroscopie dans l’ultraviolet (UV).2) qui fournit le groupe isobutyle (i-butyle ou i-Bu) et le groupe tertiobutyle (t-butyle ou t-Bu). éthane (C2H6). Il existe aussi l’isobutane (figure 2. heptane (C7H16). cycloheptane… (figure 2. Les groupes alkyles sont indiqués sans « e » terminal : le groupe méthyle devient « méthyl » dans la dénomination de la molécule (exemples : 4-méthyl-octane et 6-n-butyl-4-éthyl-tétradécane. figure 2. . Les substituants de la chaîne principale sont nommés selon l’ordre alphabétique de leur première lettre en omettant celles écrites en italique. La molécule : formule brute.3 cycloheptane cyclooctane .2.2). cyclopropane cyclobutane cyclopentane cyclohexane Figure 2. Les divers groupes alkyles qui substituent cette chaîne sont indiqués en les faisant précéder de la numérotation des carbones de la chaîne principale auxquels ils sont liés.Cycloalcanes : les alcanes cycliques sont simplement désignés par le préfixe « cyclo » suivi du nom de l’alcane linéaire correspondant aux nombres de carbones du cycle : cyclopropane.3). cyclohexane. Ces numéros sont choisis de telle sorte que leur somme soit la plus faible possible.2 Certains alcanes dits ramifiés sont définis à partir de la chaîne carbonée la plus longue. cyclobutane. formule développée et introduction à la nomenclature 27 CH2 H3C CH2 H3C CH3 CH2 CH3 CH3 CH3 CH3 C 3 7 5 4 2 CH2 6 8 CH2 CH CH2 groupe alkyle t-butyle (tertiobutyle) groupe alkyle i-butyle CH2 CH2 CH3 CH3 CH3 isobutane ou i-butane 1 groupe alkyle n-butyle CH2 CH3 CH CH H3 C CH2 CH2 n-butane CH3 ou CH3 4-méthyl-octane 1 3 5 4 7 6 9 8 11 13 10 2 12 14 6-n-butyl-4-éthyl-tétradécane éthyle et non 9-n-butyl-11-éthyl-tétradécane n-butyle Figure 2. Lorqu’une double et une triple liaison sont présentes dans un composé. . propyne). le carbure correspondant est un alcyne. le naphtalène. il est indiqué devant le nom du composé dans lequel le suffixe -ane des alcanes est remplacé par le suffixe -ène (exemple : CH3-CH2-CH=CH-(CH2)3-CH3 . c’est un polyène : diène. On choisit celui qui a le numéro le plus petit dans la chaîne carbonée la plus longue.6. les chiffres indiqués correspondent à la numérotation conventionnelle .7-diène. Il est nommé en définissant d’abord la chaîne carbonée la plus longue. Elle peut donc se trouver à différents endroits de la chaîne carbonée d’où la nécessité d’indiquer le premier carbone hybridé « sp2 ». le phénanthrène… (figure 2.Alcènes. De même que pour les alcènes. la position de la triple liaison doit être indiquée par un chiffre suivi d’un tiret (exemple : CH3-C≡C-(CH2)3-CH3. les premiers carbones des insaturations. la numérotation n’est pas nécessaire. et les numéros des carbones sont choisis de telle sorte que leur somme soit la plus faible possible. Si un composé est polyinsaturé. hydrocarbures insaturés et polyinsaturés (polyènes) : ce sont des alcanes dans lesquels une liaison simple C-C a été remplacée par une double liaison. car il n’existe pas d’isomère de position. Un alcyne terminal possède une triple liaison à une extrémité de la chaîne carbonée. mais non aux extrémités de celle-ci (figure 2.4). l’anthracène. 7 5 3 6 hept-2-yne 2 1 4 CH C CH C groupe éthynyle CH2 groupe 3-butynyle CH21 2 3 4 3 6 7 5 hept-4-èn-2-yne et non hept-3-èn-5-yne 6 5 1 4 2 7 4-vinyl-hept-1-èn-5-yne hex-3-yne (alcyne interne) hex-1-yne (alcyne terminal) Figure 2. il s’agit alors d’un « ényne”. L’alcyne interne a une triple liaison à l’intérieur de la chaîne carbonée. La plupart de ces composés ont des noms triviaux (noms anciens admis par coutume) comme le benzène. hep-2-yne). Le plus simple alcyne est l’acétylène ou éthyne. Donc. Le groupe vinyle correspond à –CH=CH2.Alcynes : si une simple liaison C-C d’un alcane est remplacée par une triple liaison.5-diène et non 3-méthyl-octa-3.4 . 3-octène). le groupe allyle à –CH2-CH=CH2. puis en indiquant par des chiffres. comme le composé suivant : CH3-C(C2H5)=CH-CH2-CH2–CH=CH2 qui est un diène. c’est-à-dire qu’il renferme dans sa chaîne carbonée plusieurs doubles liaisons. etc.9.5. Dans le cas du propyne.28 Chimie organique . (oléfines). le suffixe -ane des alcanes est remplacé par le suffixe -yne (exemple : CH3-C≡CH. triène.Composés aromatiques carbonés : la définition précise de ce groupe de composés cycliques est donnée au 5. pour désigner un alcyne. en les choisissant de telle sorte que leur somme soit la plus faible possible : 6-méthyl-octa-1. phénanthryle… Si deux groupes substituent le benzène. -CH3. Certains de ces hétérocycles. La substitution d’un hydrogène d’un groupe alkyle comme méthyle par un groupe aryle conduit à un groupe aralkyle (ex : groupe alkyle méthyle. 10 9 8 1 8a 2 7 3 6 5 benzène 4a 9 8 4 1 8 2 7 7 2 3 6 10 5 naphtalène 6 4 1. méta ou para selon qu’ils sont respectivement sur deux carbones adjacents du cycle ou éloignés l’un de l’autre par un carbone ou. naphtyle. le thiophène. sont aromatiques (§ 5.Composés aromatiques hétérocycliques : un composé hétérocyclique est un composé cyclique (ou polycyclique) à la fois constitué d’atomes de carbone et d’un ou plusieurs hétéroélément(s) (éléments au moins bivalents autres que le carbone. pour les plus communs. le pyrrole. entre autres (figure 2. la quinoléine. par deux carbones. formule développée et introduction à la nomenclature 29 des carbones cycliques). La molécule : formule brute.4-diméthylbenzène p-diméthylbenzène ou p-xylène 1. Les groupes dérivés de ces composés formés par perte d’un hydrogène cyclique sont les groupes aryles comme phényle (Ph). d’appellations triviales (hors des règles de la nomenclature officielle). tels que l’oxygène.5 .2.6. l’azote ou le soufre. benzyle. le sélénium. enfin. 4 5 5 O 5 4 3 2 1 N H S furane pyrrole thiophène 6 N 3 6 2 7 1 groupe hétéroaryle: 2-furyle O Figure 2.3-diméthylbenzène m-diméthylbenzène ou m-xylène CH3 position méta position para CH2groupe aralkyle: benzyle Figure 2. mais aussi le phosphore. la pyridine.2-diméthylbenzène o-diméthylbenzène ou o-xylène position ortho 3 4 CH3 CH3 CH3 5 phénanthrène anthracène CH3 1 CH3 1.6 pyridine 4 3 8 N 1 quinoléine 2 . l’arsenic…). ils sont dits en position ortho.6). La numérotation du ou des cycles comportant un seul hétéroélément débute par celui-ci. -CH2Ph). comme le furane. et groupe aralkyle.9). 8). bromo ou iodo suivi du numéro du carbone qu’il substitue séparé d’un tiret. et que le groupe OH n’est pas prioritaire (voir les composés polyfonctionnels ci-après). chloroforme. . éthanol. iodoforme). éthoxy. F Br 5 F 1 4 2 4-bromo-3-chlorométhyl-1.2-dichlorobutane dichloroalcane géminal ou gem-dichloroalcane CHCl CH3 2. chlorure de méthylène. propanol.Composés halogénés (RX) : le remplacement d’un hydrogène d’un alcane par un atome d’halogène conduit aux halogénures d’alkyles ou halogéno alcanes (chlorure de méthyle CH3Cl. pyrydyle. . tétra-. le « e » terminal est remplacé par le suffixe ol : méthanol. bromoforme.21). CH2Cl2. Lorsque d’autres fonctions l’accompagnent. les termes géminal indiqué « gem » et vicinal. Le nombre d’atomes d’halogènes qui substituent un même carbone est indiqué par un préfixe multiplicatif di-. Le groupe correspondant à la perte de l’hydrogène de l’alcool RO. il devient le groupe « hydroxy » suivi du numéro du carbone qu’il substitue (voir les exemples de la figure 2.ou EtO-.30 Chimie organique Les groupes correspondants obtenus par perte d’un hydrogène sont dits « hétéroaryles ». La présence d’un halogène sur une chaîne ramifiée est désignée selon le cas par le terme fluoro.1-difluoro-2-méthyl-pentane (les différents substituants sont ordonnés selon l'ordre alphabétique de leur première lettre) 3 Cl CH3 CCl2 CH2 CH3 CH3 CHCl 2. respectivement. comme les groupes furyle. quinolyle.7 (la règle de nomination des groupes selon l’ordre alphabètique de leurs premières lettres s’applique évidemment). MeO.3-dichlorobutane dichloroalcane vicinal ou vic-dichloroalcane Figure 2. D’une manière générale. Dans le nom de l’alcane dont il dérive. HCI3. Pour le méthane. Alcools (ROH) : le suffixe « ol » désigne le groupement hydroxyle OH (figure 2. Un exemple de composé polyhalogèné est donné dans la figure 2. et.est un groupe alkoxy comme méthoxy. sur deux atomes voisins. la localisation de deux atomes ou groupes identiques sur un même atome de carbone. iodure d’éthyle). le plus souvent de carbone. tri-. IC2H5.7 Très utilisés pour les halogènures. butanol… La présence d’un groupe OH à l’intérieur d’une chaîne aliphatique nécessite d’indiquer le numéro du carbone qui le porte. etc. les dérivés halogénés ont des noms particuliers (CCl4 tétrachlorure de carbone. pyrrolyle. HCCl3. thiényle. C’est encore le numéro le plus faible qui est retenu. les halogènes sont représentés collectivement par la lettre majuscule X donc les halogénures d’alkyles sont représentés par RX. chloro. indiqué « vic » indiquent. HCBr3. Les groupes ArO. formule développée et introduction à la nomenclature 31 CH3OH C2H5OH méthanol éthanol H 3C CH3-CH2-CH2-OH CH OH H 3C n-propanol i-propanol CH3 H 3C CH3-CH2-CH2-CH2-OH CH CH2-OH H 3C n-butanol i-butanol H3C C OH CH3 t-butanol Cl 4-chloro-hexan-3-ol OH Figure 2.Thiols (RSH) : le suffixe « thiol » remplace le suffixe « ol » des alcools : CH3SH.sont des groupes aryloxy comme phénoxy pour PhO.9). ou plusieurs groupes OH (polyphénols). résorcinol ou hydroquinone.10). Le phénol est un benzène substitué par un seul groupe OH.(figure 2. éthanethiol… Dans un composé polyfonctionnel.Phénols (ArOH) et polyphénols : terme qui désigne les composés aromatiques carbonés substitués par un.9 . méthanethiol.10 . C2H5SH COOH éthanethiol acide 3-mercaptobutanoïque ou butyrique SH Figure 2. le groupe SH est appelé mercapto (ou sulfanyl) (figure 2. Les polyphénols ont souvent des nom triviaux comme les diphénols : catéchol. La molécule : formule brute. OH OH OH OH OH OH phénol o-dihydroxybenzène ou catéchol m-dihydroxybenzène OH ou résorcinol p-dihydroxybenzène ou hydroquinone Figure 2.8 .2. C2H5SH. éthylthio). et pour les amines tertiaires. la diméthylamine. dans l’ordre alphabétique de la première lettre de leur appellation. pour les amines primaires.11 On peut aussi appeler Me-O-Me. et non un autre atome. Les groupes R-S.Éthers (ROR’) : de formule générale R-O-R’ où R et R’ sont des groupes alkyles. hétéroaryles. .devant les divers groupes rappelle qu’ils substituent l’azote. les éthers sont nommés par ces deux groupes suivis du terme éther (ou éther oxyde).N-diéthylaniline… La lettre N. pour les amines secondaires. aryles ou hétéroaryles. ou aralkyles.Thioéthers (RSR’) : les règles sont les mêmes que pour les éthers mais le terme éther est remplacé par thioéther. . ou trois groupes alkyles. la N. On peut citer. secondaires et tertiaires sont liées respectivement à un. l’i-propylamine. . RNH2.sont nommés en faisant suivre le nom du groupe carboné de « thio » (ex : CH3-S-. Les amines sont nommées en fonction du ou des groupes qui substitue(ent) l’azote. alcènes. (R)(R’)(R”)N. Le groupe le plus volumineux est cité en premier. la N-éthylméthylamine. … substitués par un groupe R-O-.11. deux. Les amines primaires. la triéthylamine. la N.32 Chimie organique Il existe des thiophénols avec SH à la place de OH. aryles. oxyde de diméthyle et Et-O-Et. On peut aussi nommer les éthers comme des alcanes. et trois groupes carbonés. C2H5-O-C2H5 CH3-O-C2H5 diéthyl éther CH3-CH2-CH2-CH2-O-CH=CH2 éthylméthyl éther n-butyloxyéthylène (éther vinylique) vinyl CH3-CH2-O-CH2-CH2Br O 1-bromo-2-éthoxyéthane CH2-CH2-CHO 3-phénoxypropanal (éther arylique) phényl = groupe arylique Figure 2. … (mais le terme trivial « aniline » remplace phénylamine).Amines : composés formés d’un azote lié à un. aralkyles. par exemple. C2H5-S-.N-diéthylpropylamine. (R)(R’)NH. deux. oxyde de diéthyle. . la N-éthylaniline.12). méthylthio. Quelques exemples sont donnés dans la figure 2. la méthylamine. de carbone (figure 2. Le nombre de ces groupes carbonés définit le type de l’amine. 13 . formule développée et introduction à la nomenclature 33 NH2 Me Amines primaires: Me CH NH2 NH2 Me méthylamine aniline i-propylamine Et NH Me Me Amines secondaires: NH NH Me Et diméthylamine N-éthylméthylamine N-éthylaniline Et Amines tertiaires: Et Et N Et N Et Et N Pr Et triéthylamine N-diéthylpropylamine N. et cétones.2. les termes méthylamino.Aldéhydes (RCH=O) : les aldéhydes sont nommés à partir de l’alcane dont ils sont issus (en comptant l’ensemble des carbones y compris celui du groupe carbonyle) . De même. diéthylamino. amides RCON(R’)(R”) (voir figure 2. C6H5NH-. La molécule : formule brute. S-thioesters. esters. . (C2H5)2N-. RCH=O. RCOSH. R R' R H R OH R OR' R SH R SR' R N(R'. anilino.12 La désinence « amino » suivie du numéro du carbone substitué par ce groupe est utilisée pour indiquer la position d’un groupe NH2 dans un composé ramifié ou polyfonctionnel.13)). acides. R-CO-R’.Composés carbonylés : un composé est dit carbonylé si la fonction contient le groupe carbonyle >C=O (aldéhydes. S-thioacides. désignent respectivement les groupes CH3NH-. RCOSR’.R'') C C C C C C C O O O O O O O aldéhyde cétone acide S-thioacide ester S-thioester amide Figure 2. RCOOH.N-diéthylaniline NH2 N OH OH 3-amino-4-aminométhyl-hexan-1-ol H2 N 2-diméthylamino-éthanol Figure 2. RCOOR’. 34 Chimie organique et en ajoutant le suffixe -al (exemple : méthanal HCHO, éthanal CH3CHO, propanal C2H5CHO…). Lorsque le groupe CHO caractéristique des aldéhydes est lié au benzène, le composé correspondant s’appelle le benzaldéhyde, Ph-CHO. Dans certains cas, le terme carboxaldéhyde est utilisé (exemple : 3-pyridinecarboxaldéhyde). Dans un composé polyfonctionnel, le groupe CHO est appelé « formyle » lorsqu’il n’est pas prioritaire (voir « composés polyfonctionnels » ci-après, figure 2.14) Les aldéhydes DE-insaturés ont une double liaison en α du groupe aldéhydique. CHO C2H5CHO HCHO CH3CHO méthanal ou formaldéhyde éthanal ou acétaldéhyde propanal benzaldéhyde CHO COOH 3-pyridinecarboxaldéhyde N CHO β CHO acide 4-formyl-hexanoïque α aldéhyde α,β−insaturé Figure 2.14 - Cétones (R-CO-R’) : deux méthodes permettent de nommer les cétones. Lorsque le carbone du groupe carbonyle est substitué par des groupes alkyles simples comme méthyle, éthyle, propyle… le nom de la cétone est indiqué en faisant précéder le terme cétone des noms de ces groupes selon leur ordre d’importance, du plus petit au plus volumineux (ex : méthyléthylcétone CH3CO-C2H5, éthylpropylcétone C2H5-CO-C3H7). La seconde méthode, plus générale, consiste à définir la chaine carbonée la plus longue contenant le groupe carbonyle et à ajouter le suffixe -one au nom de l’alcane correspondant à cette chaîne (figure 2.15). La numérotation du carbonyle suit le nom de l’alcane sans le « e » terminal (exemple : l’éthylpropylcétone est plus souvent nommée hexan-3-one). Dans un composé polyfonctionnel, le terme « oxo » précédé du numéro du carbone du groupe carbonyle est utilisé lorsque le groupe cétonique n’est pas prioritaire. O CH3-CO-CH3 acétone ou propanone C2H5-CO-C3H7 éthylpropylcétone hexan-3-one COOH acide 4-oxo-pentanoïque R O cétone α,β−insaturée Figure 2.15 - Acides carboxyliques (RCOOH) : les acides carboxyliques sont nommés en comptant le nombre d’atomes de carbone de la chaîne principale au bout de laquelle se 2. La molécule : formule brute, formule développée et introduction à la nomenclature 35 trouve le groupe carboxyle COOH, y compris celui de ce groupe, et en remplaçant le suffixe –ane de l’alcane correspondant par le suffixe –oïque. Le terme ainsi obtenu est précédé de « acide » (exemple : CH3-(CH2)4-COOH, acide hexanoïque) (figure 2.16). La numérotation de la chaîne débute par le carbone de la fonction acide carboxylique (ex : CH3-CHCl-CH2-COOH, acide 3-chlorobutanoïque). Des noms triviaux sont utilisés pour de nombreux acides comme l’acide formique, HCOOH, et l’acide acétique, CH3COOH, qui devraient être nommés respectivement acide méthanoïque, et acide éthanoïque. L’acide benzoïque est l’acide obtenu en substituant un hydrogène du benzène, C6H6, par un groupe carboxyle, COOH, soit C6H5-COOH. La présence d’un groupe carboxyle peut aussi être indiquée par le terme « carboxylique » comme dans l’acide 2-naphtalène-carboxylique. Dans certains cas complexes, le terme « carboxy » précédé du numéro du carbone qui porte le groupe -COOH est utilisé (voir un exemple au paragraphe : composés polyfonctionels). COOH HCOOH CH3COOH acide méthanoïque ou acide formique 7 5 acide benzoïque acide éthanoïque ou acide acétique 3 COOH 4 7 COOH acide 4-éthyl-heptanoïque 1 8 Cl 1 2 6 acide 4-chloro-pentanoïque COOH 2 6 3 4 5 acide naphthalène-2-carboxylique Quelques diacides à noms trivaux: COOH H2C COOH COOH COOH H2C COOH COOH H2C acide malonique acide succinique acide o-phtalique Figure 2.16 - Esters carboxyliques (RCOOR’) : les groupes alcoxycarbonyles ou aryloxycarbonyles, -COOR’, selon que R’ est un groupe alkyle ou aryle, définissent les esters carboxyliques. Ils dérivent d’acides carboxyliques et d’alcools. Ils seront nommés en remplaçant le suffixe oïque des acides dont ils dérivent par le suffixe oate suivi du nom du groupe R présent dans l’alcool lors de la formation de l’ester (exemple : CH3-(CH2)2-COOCH3, n-butanoate de méthyle, C6H5-COOC2H5, benzoate d’éthyle) (figure 2.17). HCOOCH3 formiate de méthyle CH3COOC2H5 acétate d'éthyle COOt-Bu hexanoate de t-butyle COOR ester α,β−insaturé Figure 2.17 - Fonctions thiocarbonylées : le groupe thiocarbonyle, >C=S, est présent dans chacune d’elles (figure 2.18). 36 Chimie organique R R H C R' R OH R C S S thioaldéhyde thiocétone SH R OR' R C C S S C S O-thioacide O-thioester SH dithioacide SR' R N(R')(R") C C S S dithioester thioamide OH H3 C C H3 C C O S acide S-thioacétique acide O-thioacétique Figure 2.18 - Nitriles (RC{N) : les nitriles portent le groupe -C≡N. Leur dénomination est effectuée en ajoutant le terme « nitrile » au nom de l’alcane dont ils dérivent (carbone de la fonction compris). Le terme « cyano »est utilisé parfois dans des composés polyfonctionnels. Des dénominations triviales existent pour l’acétonitrile, le propionitrile, le butyronitrile, le benzonitrile (figure 2.19). CH3CN éthanenitrile ou acétonitrile C2H5CN propanenitrile propionitrile 5 3 COOEt CN 1 4 6 CN 2 hexanenitrile 4-cyano-hexanoate d'éthyle CN benzonitrile Figure 2.19 - Quelques fonctions azotées (autres qu'amines, amides et nitriles) CH3-NO nitrosométhane CH3NO2 nitrométhane C6H5-N=N-C6H5 diphényldiazène ou azobenzène CH3-N=C=O CH3-N=C=S C2H5-N3 azidoéthane isocyanate de méthyle isothiocyanate de méthyle H3C H 3C C N C6 H5 H3C (imine) C C6H5-N sel de benzodiazonium N C N dicyclohexylcarbodiimide H N N C6H5 H3C isopropylidène-phényl-amine N-isopropylidène-N'-phényl-hydrazine ou isopropylidène-aniline ou phénylhydrazone de l'acétone Figure 2.20a N, X H3C C N H diazoéthane N 2. La molécule : formule brute, formule développée et introduction à la nomenclature 37 - Quelques fonctions sulfurées autres que thiols O C6 H5 S S C6 H 5 H3C S C2H5 sulfure de méthyle et d'éthyle C 6H 5 SO3H disulfure de diphényle ou diphényldisulfane CH3-S-CH3 O C2H5-S-C2H5 diméthylsulfoxyde O diéthylsulfone C6H5-SO2NH2 acide benzènesulfonamide benzènesulfonique Figure 2.20b - Composés polyfonctionnels : la présence de plusieurs fonctions dans un composé organique nécessite pour les nommer que l’une d’entre elles soit considérée comme prioritaire. Les règles de l’IUPAC indiquent, l’ordre de priorité décroissante pour les fonctions principales indiquées sur la figure 2.21, ce qui permet ensuite de définir la chaîne carbonée principale, la plus longue, débutant à partir de la fonction prioritaire. Les autres fonctions sont ensuite indiquées dans l’ordre alphabétique de la première lettre de leur nom sans prendre en compte les préfixes multiplicatifs di-, tri-, etc. (qui les accompagnent dans certains cas) précédées des numéros des carbones auxquels, elles sont liées. 1) acide -COOH, 2) peracide - CO-O-OH 3) dérivés sulfurés des acides (thioacide, dithioacide) 4) acide sulfonique -SO3H 5) anhydride -CO-O-CO6) ester -COOR 7) thioesters 8) halogénure d'acide -CO-X ordre de priorité décroissante des fonctions pour le choix et la dénomination d'un groupe fonctionnel principal 9) amides -CO-NH2, CONHR, CON(R) (R') 10) hydrazide -CO-NHNH2 11) nitrile -CN 12) aldéhyde -CHO 13) thioaldéhyde -CHS 14) cétone -CO-R 15) thiocétone-CS-R 16) alcool -OH et phénol Ar-OH 17) thiol -SH 18) hydroperoxyde -O-OH 19) amine -NH2, NH(R), N(R) (R') 20) imine >C=N-R 21) hydrazine -NH-NH2 22) éther-oxyde -O-R 38 Chimie organique CN 5 1CN NH2 2 3 4 5 1 COOH OH acide 2-(2-amino-éthyl)-3-cyano-pentanoïque (acide: fonction prioritaire) O 5 5-amino-2-éthyl-3-hydroxy-pentanenitrile (nitrile: fonction prioritaire) Cl Cl 1 3 2 CHO 4 NH2 3 2 4 Cl 2 OH 4-hydroxy-5-méthoxy-heptanal (aldéhyde: fonction prioritaire) 4 3 1 COOH OH acide 4,4,4-trichloro-3-hydroxy-butanoïque (acide: fonction prioritaire) Figure 2.21 - Composés analogues et homologues : deux composés sont homologues s’ils ont des fonctions identiques mais une chaîne carbonée différente de un ou plusieurs atomes ( ex : propanone CH3COCH3 et butanone CH3COCH3CH3). Deux composés sont analogues s’ils ont les mêmes chaînes carbonées mais diffèrent par la nature d’un ou plusieurs hétéroéléments (ex : propanone, CH3COCH3 et propanethione, CH3CSCH3). Chapitre 3 Isoméries structurales et géométriques Sommaire : 3.1 Les isomères ..................................................................................................... 40 3.2 Les isoméries structurales ............................................................................. 40 3.2.1 – L’isomérie de chaîne ............................................................................ 40 3.2.2 – L’isomérie de position .......................................................................... 42 3.2.3 – L’isomérie de fonction .......................................................................... 42 3.3 L’isomérie géométrique plane ....................................................................... 43 3.3.1 – Les isomères géométriques E et Z ........................................................ 46 40 Chimie organique 3.1 Les isomères Les molécules qui ont en commun une même formule brute sont des molécules isomères. Elles diffèrent entre elles par leurs formules développées. Il existe trois grands types d’isoméries : isoméries structurales, isoméries planes géométriques et isoméries stériques (stéréoisoméries). A titre d'exemple, pour la formule brute C5H8O2 on peut trouver les isomères suivants, parmi d'autres: O CH3-CO-CH2-CO-CH3 O CH3-CO-CH2-CH2-CHO O H O O CH2=CH-CO-CH2-CH2-OH OH O=CH-CH=CH-CH2-CH2-OH O O OHet H H HO OH OH HC C-CH2-CH(OH)-CH2OH qui peut correspondre à : HO H HO OH H OH ou liaison en avant du plan de représentation liaison en arrière du plan de représentation traits normaux = liaisons dans le plan de représentation H CH2 C HO-HC O C H CH2 HO qui peut correspondre à : HO O HO H ou O H O Figure 3.1 3.2 Les isoméries structurales Les isomères structuraux se différencient par la nature des liaisons qui assemblent les différents atomes dans leurs molécules. On distingue pour ce type d’isomérie, les isomères de chaîne, de position ou de fonction. 3.2.1 – L’isomérie de chaîne Les isomères de chaîne diffèrent entre eux par l’assemblage des atomes de carbone qui forment ce qu’on nomme la chaîne carbonée ou le squelette carboné de la molécule. Les fonctions qu’ils portent sont identiques et en nombre égal. Les propriétés chimiques de ces isomères sont très proches. 41 3. Isoméries structurales et géométriques Ils ne peuvent pas être différenciés par leurs spectres infrarouges car cette technique est surtout utilisée pour déterminer les différentes fonctions contenues dans une molécule, et dans ce cas, elles sont de même nature. Par contre, la 1H RMN et la 13C RMN (résonance magnétique nucléaire du proton 1H ou du 13C) qui permettent de connaître l’environnement de chaque atome d’hydrogène ou de carbone d’une molécule sont d’un intérêt particulier pour distinguer chaque isomère en raison des variations de structures des chaînes carbonées. La figure 3.2 rassemble les différents isomères de chaîne de l’heptanal. O H CH2 C CH2 CH2 CH2 O CH3 CH2 H CH3 O heptanal H O H 5-méthyl-hexanal H C H CH2 CH2 CH3 CH CH3 H C CH CH CH3 O H 3-méthyl-hexanal O O CH3 CH2 C O CH3 CH2 CH2 CH2 CH3 CH2 H H CH3 C CH O 2-méthyl-hexanal O CH3 O 4-méthyl-hexanal CH2 H H CH3 O CH3 O CH3 CH2 CH O CH CH2 CH2 CH2 CH2 C CH2 C CH CH CH3 CH3 H 2,4-diméthyl-pentanal H CH3 CH3 C C H CH CH3 CH3 O 2,3-diméthyl-pentanal O CH3 CH3 C C CH CH3 H CH3 O O H 2,3,3-triméthyl-butanal H 2,2,3-triméthyl-butanal Figure 3.2 À ce type d’isomérie se rattache celle des hydrocarbures saturés, les alcanes, plus ou moins ramifiés de formule brute CnH2n+2. Un exemple est donné avec le pentane, figure 3.3. pentane (C5H12) 2-méthyl-butane Figure 3.3 2,2-diméthyl-propane 42 Chimie organique 3.2.2 – L’isomérie de position Le déplacement d’une ou plusieurs fonctions sur une même chaîne carbonée conduit à des isomères de position. Les propriétés chimiques de ces isomères sont assez proches. Les spectres infrarouges diffèrent quelque peu en raison d’interactions plus ou moins fortes entre les diverses fonctions qui composent la molécule. Les spectres 1H et 13C RMN sont différents car l’environnement des hydrogènes et des carbones est différent d’un isomère à l’autre (figure 3.4). O O pentan-3-one pentan-2-one NH2 β H2N γ α COOH COOH COOH β α acide 4-amino-butanoïque NH2 acide 2-amino-butanoïque acide 3-amino-butanoïque ou acide γ-amino-butanoïque ou acide α-amino-butanoïque ou acide β-amino-butanoïque note: acide butyrique, terme trivial, peut remplacer acide butanoïque Figure 3.4 3.2.3 – L’isomérie de fonction Les isomères correspondants possèdent la même chaîne carbonée, mais diffèrent entre eux par la nature de leur(s) fonction(s) (figure 3.5). Les propriétés chimiques de ces isomères sont très différentes au même titre que leurs spectres infrarouges et RMN. OH et O hexan-3-one hex-5-èn-1-ol NH et NH2 hex-3-ènylamine hexylidèneamine Figure 3.5 - Cas particulier de la tautomérie Cette isomérie est liée à un équilibre chimique entre deux structures. C’est-à-dire qu’en fonction des conditions physiques et chimiques comme la température, la pression, le milieu acide, neutre ou basique, une structure se transforme en une autre et vice-versa. Les formes tautomères sont en équilibre entre elles. Elles résultent souvent d’une prototropie (déplacement intramoléculaire d’un proton d’un atome à un autre). Les équilibres céto-énoliques et amide-iminoalcools, représentés dans le schéma 3.1, en sont des exemples : 43 3. Isoméries structurales et géométriques OH O C H3C CH3 C C H3C CH3 C (équilibre) H H OH H3 C H cétone C C but-2-èn-2-ol OH O C H CH3 isomère (E) énols isomère (Z) butan-2-one H3C et C CH3 N H OH (équilibre) H3C CH3 N isomère (Z) et C H3C isomère (E) imino-alcools amide secondaire N CH3 acide N-méthyl-acétimidique N-méthyl-acétamide note: les isoméres Z et E sont présentés au paragraphe traitant l'isomérie géométrique plane § 3.3. Le terme "acide" exprime l'analogie de structure avec les acides carboxyliques RCOOH : le groupe carbonyle est ici remplacé par un groupe imine. Schéma 3.1 3.3 L’isomérie géométrique plane Ce type d’isomérie est directement lié aux composés formés à partir de doubles liaisons. Il est la conséquence du blocage de la rotation autour de la liaison π des carbones éthylèniques >C=C< (§ 1.1.2b), mais aussi du carbone et de l’azote dans la fonction imine >C=N- et ses dérivées (oxime, hydrazone, semicarbazone, thiosemicarbazone). a) Ancienne nomenclature : Si l’on considère les isomères représentés dans la figure 3.6, celui qui a deux hydrogènes ou deux groupes identiques disposés sur chaque carbone sp2, différents des deux autres substituants de ces carbones, et du même côté de la double liaison, est appelé isomère « cis », et l’autre, qui a les deux hydrogènes ou groupes de même nature, de part et d’autre de la double liaison est appelé isomère « trans ». 44 Chimie organique R' H (ou R) C R' (ou R") R' C C R' (ou R'') H (ou R) C H (ou R) H (ou R) isomère cis isomère trans liaison dans le plan "sp2"d'un atome ou groupe à un carbone éthylènique, et situé en avant de ce carbone. liaison dans le plan "sp2"d'un atome ou groupe à un carbone éthylènique et située en arrière de ce carbone. Figure 3.6 Ce type d’isomérie se retrouve dans les composés qui ont une double liaison >C=N-, présente dans les imines, les oximes, les hydrazones, les semicarbazones et thiosemicarbazones, composés formés par réactions d’aldéhydes, respectivement, avec l’ammoniac (ou les amines primaires), l’hydroxylamine, les hydrazines monosubstituées, le semicarbazide et le thiosemicarbazide (figure 3.2). Dans ce cas, le doublet libre de l’azote joue le rôle d’un 4e substituant. Lorsque les groupes R et R’, dans les imines, R et OH dans les oximes, R et NHR’ dans les hydrazones, et R et NHCONH2 dans les semicarbazones, sont du même côté de la double liaison, l’isomère correspondant est dit « syn », dans le cas contraire, il est dit « anti » (schéma 3.2), ce sont donc les équivalents des termes cis et trans utilisés seulement pour les éthyléniques. Les composés diazoïques présentent aussi des formes syn et anti : RCHO + H2N-R' - H2O aldéhyde C H3 C O + H2NR C C + N R' imine "anti" imine "syn" - H2O N H H R' = H ammoniac R' = alkyl, aryl... amines primaires H3C-H2C R R' R (1') R (1) H3C-H2C C (2) H3C H3C-H2C + N (2') C H3C cétone butan-2-one imine "syn" imine "anti" N R 45 3. Isoméries structurales et géométriques O Na N N N Ar O Na N Ar forme syn forme anti (ou iso) phényldiazotate de sodium Schéma 3.2 b) Propriétés des isomères éthyléniques cis et trans Les formes « trans » sont souvent les plus stables en raison de l’absence d’interaction intramoléculaire entre les groupes les plus volumineux portés par chaque carbone éthylénique. Dans le cas d’un isomère « cis », ces interactions créent une gêne stérique (figure 3.7). Elles augmentent l’énergie interne de la molécule, et plus elle est élevée, moins la molécule est stable ce qui rend sa formation plus difficile par rapport à celle de l’isomère trans. H C C Y H H Y C C Y Y H "trans" "cis" peu ou pas d'interactions fortes interactions Figure 3.7 Les deux isomères « cis » et « trans » sont souvent difficiles à séparer, en raison des faibles différences qui existent entre leurs propriétés physiques. Toutefois, certaines techniques chromatographiques modernes le permettent dans la plupart des cas. Parfois, lorsque deux fonctions portées chacune par un carbone éthylènique d’une double liaison sont susceptibles d’interactions entre elles, les propriétés chimiques diffèrent considérablement. Il en est ainsi pour les acides maléique (cis) et fumarique (trans). 46 Chimie organique fonction anhydride HOOC COOH C C H O - H 2O O C C H H acide maléique C O C H anhydride maléique (déshydratation intramoléculaire) HOOC H C - H 2O C H COOH pas d'anhydride, formation possible de polymères par déshydratation intermoléculaire acide fumarique point de fusion solubilité dans l'eau pKa1 pKa2 Ka1/ Ka2 acide maléique 130°C 79g / 100 ml 1,92 6,23 20 420 acide fumarique 287°C 0,7g / 100 ml 3,02 4,38 22,9 Schéma 3.3 L’acide maléique, chauffé en présence d’un déshydratant comme l’anhydride phosphorique conduit à l’anhydride maléique (schéma 3.3). Dans les mêmes conditions, quelques réactions intermoléculaires sont observées avec l’acide fumarique sans formation d’anhydride correspondant. Les pKa1 et pKa2 correspondants aux deux fonctions acides COOH sont différents pour les deux molécules. Les différences observées pour ces deux acides sont directement liées à la présence (acide maléique) ou à l’absence (acide fumarique) de gêne stérique due aux deux groupes COOH. C’est aussi la raison qui explique la plus grande stabilité de l’acide fumarique (trans) par rapport à l’acide maléique (cis). Cette stabilité explique la raison pour laquelle l’acide maléique peut être converti en acide fumarique par chauffage, plus stable, à une température supérieure à 150 °C. En effet, si la rotation autour de la double liaison est impossible à température ordinaire, elle le devient sous l’effet d’un très fort apport d’énergie (chauffage à 230 °C, ou rayonnerment UV). Encore souvent utilisées, les dénominations cis, trans, syn et anti sont désormais obsolètes et remplacées par les dénominations E et Z définies ci-après. 3.3.1 – Les isomères géométriques E et Z Dans le cas particulier où chaque carbone de la double liaison éthylénique porte des substituants identiques comme ci-dessus, il est facile de distinguer les deux isomères, mais dans le cas contraire, c’est impossible. C’est pourquoi il a été proposé de ranger les isomères plans géométriques dans deux séries, l’une E, et l’autre, Z. Pour définir à quel type d’isomère E ou Z, un composé éthylénique appartient, il faut utiliser les règles de Cahn, Ingold et Prelog (1966), d’abord utilisées en stéréochimie (§ 4.5.9). 47 3. Isoméries structurales et géométriques Les substituants de chaque carbone de la double liaison sont d’abord ordonnés (1er ou 2e) en fonction des numéros atomiques Z des éléments directement liés à ce carbone et appartenant aux substituants. masse atomique 12,1 1,008 H C 1 6 16 O 8 14,1 N 7 19 F 9 35,45 Cl 17 32,06 S 18 79,904 Br 35 126,90 I 53 n° atomique Z Au numéro atomique (Z) le plus élevé correspond le substituant classé premier. Dans le cas où les numéros atomiques de ces 2 éléments sont identiques, on considère ceux des éléments placés en position β par rapport au carbone éthylénique, et ainsi de suite. Lorsque les deux substituants classés premiers sont du même côté de la double liaison, l’isomère est dit Z (de l’allemand, « zusammen », ensemble), et dans le cas contraire, l’isomère est dit E (de l’allemand « entgegen », opposé). Pour les isomères proposés dans le premier exemple (figure 3.8), on voit qu’il est facile de classer 17Cl et 1H, du premier carbone de la double liaison. Il en est de même pour 35Br et 6CH3, substituants du second carbone. 1er exemple : 1 Cl 17 2 C 1 1 35 Br C H CH3 2 1 Cl 17 C H 2 6 6 CH3 C Br 35 1 2 1 isomère E isomère Z Figure 3.8 Dans le second exemple (figure 3.9), le classement des deux substituants carbonés du second carbone éthylénique nécessite de considérer les atomes en β du carbone éthylénique dans la mesure où les deux substituants ont chacun un groupe méthylène CH 2 directement lié au carbone éthylènique. 2e exemple: 2 α H 1 1 17Cl β CH2 Cl C 6 17 1 C α β CH2 O CH3 6 isomère E Figure 3.9 8 2 48 Chimie organique Dans ce troisième exemple (figure 3.10), le classement des deux substituants du premier carbone éthylénique nécessite de prendre en considération les atomes en position γ par rapport au second carbone éthylénique. 3e exemple: 8O 6 2 H3 C C C 1 α γ H 8 6 C β O 2 1 γ Br C 6 35 O 8 CH3 1 6 8O isomère Z Figure 3.10 Il faut remarquer que les groupes qui ont les plus hauts degrés d’oxydation sont prioritaires par rapport à ceux qui sont moins oxydés, dans une même série (ex : -COOH > -CHO > -CH2OH >-CH3, et -C≡CH > -CH=CH2 > -CH2-CH3). Lorsqu’un carbone est lié à plusieurs éléments (C, N, O…), on considère une liaison multiple comme l’équivalent de plusieurs liaisons simples à des atomes dits « fantômes » : ainsi, la fonction nitrile -C≡N est équivalente à trois liaisons simples avec trois atomes d’azote « fantômes », la fonction amide primaire CONH2 est équivalente à deux liaisons avec deux atomes d’oxygènes « fantômes » et un atome d’azote etc. ce qui permet de retrouver le cas général (figure 3.11). C C C C 2 4e exemple HC O C C C 1 O C O O O C 8 1 8 6 8O H O C O N NH2 7 CH3 C C H C 6 CH3 2 C C C H isomère E Figure 3.11 On peut aussi utiliser les dénominations Z et E pour tous les isomères géométriques formés à partir de doubles liaisons >C=N-. Ils remplacent respectivement les vieilles dénominations de syn et anti. 49 3. Isoméries structurales et géométriques Dans ce cas, H, ou tout autre élément, est prioritaire par rapport à un doublet libre, considéré, dans ce cas, comme un substituant de l’azote, comme dans le cinquième exemple (figure 3.12). 5e exemple: 2 CH3 H 1 CH2 C=N 1 Cl CH2 2 CH2 isomère E Figure 3.12 Le schéma 3.4 regroupe l’ensemble des composés qui comportent un groupe C=N et qui dérivent tous d’un aldéhyde mis en réaction avec divers réactifs, amines primaires, hydroxylamine, hydrazine monosubstituée, semicarbazide et thiosemicarbazide, lesquels forment respectivement des imines, des oximes, des hydrazones, des semicarbazones et des thiosemicarbazones (mélanges d’isomères E et Z). Ces réactions ont lieu aussi avec les cétones R-CO-R”, comme dans le cas de la butan-2-one. + H2N-R' - H2 O C + H2N-OH N C + H R' = H ammoniac R' = alkyl, aryl... amines primaires imine "syn" ou"Z" R C N C + OH aldéhyde + H2N-NH-R' oxime "syn" ou"Z" N C + NHR' hydrazone "syn" ou "Z " R N + H H N + H3C cétone butan-2-one - H2O C NHCSNH2 H C N C + R imine "anti" ou "E" Schéma 3.4 R H3C-H2C H3C-H2C H3C N thiosemicarbazone "syn" ou "Z" thiosemicarbazone "anti" ou "E" C O + H2NR NHCSNH2 R C thiosemicarbazide N semicarbazone "syn" ou "Z " R - H2O H3C-H2C C NHCONH2 H semicarbazone "anti" ou "E" + H2NNHCSNH2 NHCONH2 R C semicarbazide N H hydrazone "anti" ou "E" - H2 O NHR' R C H hydrazine monosubstituée + H2NNHCONH2 R - H2O N H oxime "anti" ou "E" RCHO OH R H hydroxylamine N H R' imine "anti" ou "E" - H2 O R' R R N H3 C imine "syn" ou "Z" 1H < 2D < 3T ) comme dans le sixième exemple (figure 3.50 Chimie organique Les isotopes ne sont évidemment pas classés entre eux selon leur numéros atomiques.. par leurs masses atomiques (par exemple.13). dans la mesure où c’est le même. mais exceptionnellement.) CR > C CH > C(R)=C(R2) > C6H5 > CR3 > CHR2 . 6e exemple: 2 1 H 1 C 1 CH2D 2 CH2T 1 C 2 D 1 isomère Z 2D 3 1 = deutérium et . C2H5.1T = tritium.13 On peut donner le classement suivant des substituants les plus classiques : I > Br > Cl > SO2R > SOR > SR > SH > F > OCOR > OR > OH > NO2 > NO > NHCOR > NR2 > NHR > NH2 > CX3 (X = halogène) > COX > CO2R > CO2H > CONH2 > COR > CHO > CR2OH > CH(OH)R > CH2OH > C > CH2R > CH3 > T > D > H (R = groupe alkyle CH3.. isotopes de l'hydrogène H Figure 3. ..................4 Nomenclature E et Z dans les cycles .....3 – Plan de symétrie moléculaire ........................................5............... 4.........................................5.............................................3....5......................11 – Configuration (rétention de -).............. 57 4.....................5............2 – Centre de symétrie moléculaire............................ 81 ...5........................................ 53 4..............................................5...... ou de rotation-réflexion) ...... 4....................7 – Enantiomères (couple d’-)......................... 4....5..................................... 4......5............... 4..5 – Carbone asymétrique ou carbone chiral............12 – Configuration et conformation .................... 4......3........................5 Stéréoisomères configurationnels .......9 – Configuration absolue (nomenclature R et S)..........................3c – Conformations du cyclohexane .... 65 4............... 64 4.......................3..........59 4......................... 4........................................1 – Configuration .............8 – Polarimètre et pouvoir rotatoire spécifique........................... 53 4..................5.................3...................10 – Configuration (inversion de -).................. conformères ou rotamères. 59 4............................2 – Représentation de Newman ............................ 4................... 57 4.............5..................................................... 65 66 67 68 70 71 73 74 77 79 80 4............3 – Conformations des cycloalcanes ...Chapitre 4 Stéréoisomèrie-stéréochimie Sommaire : 4............................................3................ 53 4.2 Stéréochimie ...................................................... 4....4– Axe de symétrie alternant (impropre.............................................. 4.......... 53 4.1 Stéréoisomères ............3 Stéréoisomères conformationnels....................6 – Chiral (centre -) ou stéréocentre..1 – Analyse conformationnelle .................5............... 53 4.. du cyclobutane et du cyclopentane .................................................................................3....................3a – Tension dans les cycles..............................................3b – Conformations du cyclopropane................................................5.... ........ 89 Rendement optique ..................... 122 4................21 4... 99 Epimérisation ........ 122 4................................................5................ 94 Forme méso.......................................................27 4............................. 89 Pureté énantiomérique ou excès énantiomérique (ee) ............................. 81 Racémique (mélange) ......................5.............5.....................5.......................5. 89 Convention de Fischer (représentation des sucres) .....5......................33 4......................... 99 Epimères (couple d’-) .............................17 4............. de se munir d’une boîte de modèles moléculaires.......... 117 4..............................5.....................................5...26 4..................5................................................ 88 Pureté optique....5............. 115 Diastéréotopiques (hydrogènes) ......................................................28 4.....................29 4...................................................9 Diastéréosélective (réaction -) .12 Substituants « exo » ou « endo » (systèmes bicycliques) .................................23 – – – – – – – – – – – 4.......... 101 Décalines cis et trans .............................................................5....31 4............................................ 123 4.. 89 Diastéréoisomères (couple de -)..................................5......32 4...35 4..............5................... 118 4...5....... 93 Projection de Fischer (cas général) .................................... 88 Pourcentage énantiomérique .34 4............................................... 86 Racémisation ..............................................40 – – – – – – – – – – – – – – – – – Chiralité ....................19 4...7 Stéréosélective (réaction -).....................................14 4.... 119 4..............................5.11 Régiospécificité ......5................ 91 Convention de Fischer (représentation des acides α-aminés et acides α-alcools).5.................................................................................5....... 100 Chiralité des composés cycliques.............5.............................25 4...... 105 Furanoses et pyranoses (représentation en perspective de Haworth) 107 Prochiralité ...................................................15 4.............. il est vivement recommandé au lecteur ayant des difficultés pour imaginer les représentations spatiales des molécules..........37 4...... 114 Enantiotopiques (hydrogènes)..............38 4....8 Enantiosélective (réaction -) .......... 115 Enantiotopiques (faces) ..... que l’on trouve dans les magasins spécialisés dans la vente de matériels scientifiques à vocation pédagogique............................................................30 4........................................ ...............................................5....5........................................................................................... 104 Configurations α et β des substituants (dans les stéroïdes)..........................................52 Chimie organique 4.......................... 117 Diastéréotopiques (faces d’un plan) ......24 4........5........................... 123 Conseil : afin d’aborder ce chapitre avec plus de facilités..............................................5....... 84 Résolution ou dédoublement du racémique.....5........................................................... 116 Diastéréotopiques (groupes) .........5.................22 4.................18 4........................5... 115 Enantiotopiques (groupes) ..13 4............6 Stéréospécifique (réaction -) .36 4....................20 4.......................................................................... 98 Forme thréo.................39 4.......................................5.......................10 Régiosélectivité .................5.......................................16 4..................................................... 95 Forme érythro .................... 120 4............................................ Pour passer d’une conformation à une autre.1).6). ou C-1.3. ou C-2. 4. Ces interactions repoussent ou attirent les atomes entre eux selon leurs charges et /ou leurs volumes rendant le passage d’une conformation à une autre parfois difficile : on dit qu’il existe des barrières de potentiel qui favorisent certaines conformations de la molécule. leurs formations. Elles correspondent aux valeurs d’énergies potentielles moléculaires les plus faibles. Il existe des stéréoisomères conformationnels qui diffèrent par leurs conformations (§ 4. des groupes ou atomes qui les composent. Deux stéréoisomères de conformations différentes sont appelés conformères ou rotamères.1 53 Stéréoisomères Les stéréoisomères sont des isomères qui ne diffèrent entre eux que par la disposition relative. par rapport au carbone 1.5). liaisons hydrogènes (§ 5. gênes stériques liées aux atomes volumineux comme le chlore. et leurs éventuelles transformations en d’autres stéréoisomères dans les réactions. conformères ou rotamères Les molécules qui peuvent former divers stéréoisomères par simple(s) rotation(s) autour de leurs liaisons simples V sont dites « molécules flexibles » : les différentes structures spatiales qui en résultent sont appelées conformations. à 25 qC.4.8). les plus présentes. qui seront.2 Stéréochimie La stéréochimie est une partie de la chimie qui étudie les stéréoisomères. le brome. Stéréoisomèrie-stéréochimie 4.2 – Représentation de Newman Soit la représentation projective de l’éthane (figure 4. 4.3.3 Stéréoisomères conformationnels. caractères acides et basiques. 4. les groupes alkyles ramifiés comme le groupe t-butyle -C(CH3)3…). il est possible d’obtenir une .5). a priori. 4. dites stables. on voit qu’en faisant tourner le carbone 2. De nombreuses interactions électrostatiques existent entre les atomes d’une molécule en raison de leurs densités électroniques qui peuvent leur affecter des charges partielles positives (+δ) ou négatives (-δ) dues à leur nature et leur environnement chimique (divers effets électroniques comme les effets inducteurs (§ 5. lesquels restent identiques. Il existe donc des conformations privilégiées plus stables que d’autres. mésomères (§ 5.1 – Analyse conformationnelle L’étude de l’existence des conformations privilégiées d’une molécule et des relations physicochimiques et chimiques qui l’accompagnent est appelée « analyse conformationnelle ». il faut donc franchir ces barrières de potentiel en apportant de l’énergie à la molécule (par chauffage ou rayonnement ultraviolet). dans l’espace.3) et des stéréoisomères configurationnels qui diffèrent par leurs configurations (§ 4. La représentation de Newman des conformères permet de l’appréhender très facilement. .1 Pour dessiner aisément les conformères. Elle consiste à dessiner ce qui est vu par un observateur (figuré par un œil dans la figure 4.1) lorsqu’il dispose la molécule devant lui selon l’axe de la liaison C-1-C-2. ce second carbone étant symbolisé dans cette représentation par un cercle. Seules. Lorsque des liaisons de C-2 sont cachées par celles de C-1 (conformations éclipsées). on décale légèrement les traits pour faciliter le dessin (comme dans la figure 4.54 Chimie organique infinité de conformations. et de même pour C-2. libre rotation autour de la liaison σ H H H C 1 H C 2 Représentation projective H H H H H H 1 Représentation de Newman 2 H H conformères de l'éthane H H H H H H H rotation de 60° autour de la liaison C1-C2 H conformation décalée H H H H conformation éclipsée Figure 4. pour des raisons de clarté.1). Il voit alors 3 liaisons à 120° pour les trois substituants de C-1. deux d’entre elles font l’objet d’une étude car elles correspondent à différents paliers de l’énergie potentielle de la molécule avec franchissements de barrières de potentiel ou barrières d’interconversion. la représentation de Newman est utilisée. Les multitudes d’autres conformations possibles sont regroupées sous l’appellation de conformations obliques. il existe deux conformères. Dans la conformation éclipsée (dite aussi synpériplanaire. G A H H CH3 CH3 H H C HH conformation éclipsée synpériplanaire (cis ou cisoïde) H CH3 H B CH3 CH3 H A H CH3 très instable conformation pseudo éclipsée anticlinale F assez instable assez instable H H D H H H conformation décalée gauche synclinale CH3 assez stable énergie potentielle de la molécule conformation éclipsée synpériplanaire (cis ou cisoïde) H CH3 conformation pseudo éclipsée anticlinale H Ep H H HH très instable HH E H CH3 CH3 CH3 C H CH3 H CH3 conformation décalée gauche synclinale H H conformation décalée antipériplanaire (trans.1 Dans la figure 4. cis ou cisoïde) (A).2.2 Les 6 conformères les plus importants du butane. le substituant le plus gros du C-1 éclipse le substituant le plus gros de C-2. Stéréoisomèrie-stéréochimie Dans le cas le plus simple. gauche (ou décalée) et éclipsée.55 4. ils sont obtenus en faisant tourner plusieurs fois de 60° le carbone 2 par rapport au carbone 1 autour de la liaison C1-C2. sont représentés dans la figure 4. anti ou transoïde) CH3 G assez stable E la plus stable B F D 0° 60° 120° 180° 240° 300° 360° angle de rotation C1/C2 Figure 4.2 sont représentés les divers conformères du n-butane choisis selon les critères indiqués ci-dessus. comme le montre la figure 4. La distance . l’éthane. . ce qui explique l’impossibilité d’isoler des conformères à température ordinaire.8) entre le H d’un groupe OH qui possède une charge partielle positive. Il peut y avoir aussi gêne stérique si les deux groupes sont volumineux. inférieure à –150 °C. Par ailleurs. les plus gros des deux carbones. C’est le cas des 1. la conformation antipériplanaire (trans. plus stables que les conformations éclipsées. anti. dues à leur éloignement). Cet effet est amoindri dans les conformations partiellement ou pseudo éclipsées anticlinales (C et E) : elles sont un peu moins instables.3). qui. est la plus stable : elle correspond au minimum d’énergie potentielle de la molécule (interactions les plus faibles entre groupes volumineux.4. Les variations d’énergie potentielle lors du passage d’un conformère à un autre. les noms des conformères sont définis après avoir recherché le substituant de chaque carbone qui est prioritaire selon la règle des priorités indiquée pour la détermination des isomères géométriques E ou Z des dérivés éthyléniques. des interactions intramoléculaires entre deux fonctions peuvent stabiliser des conformations considérées a priori comme instables. il a été démontré que les cristaux étaient constitués d’un seul type de conformère. Par contre. anti (D) et décalées gauches synclinales (B et F).3 Pour l’analyse conformationnelle. liaison "hydrogène" H +δ H −δ O H H H O −δ O O +δ H H H H H H H Figure 4. ou transoïde) (D) dans laquelle les deux groupes méthyle. s’il existe plusieurs substituants différents sur les deux carbones considérés.2-diols ou glycols dont la conformation éclipsée est relativement importante en raison de la création d’une liaison hydrogène (§ 5. environ 10-15 kJ mol-1 au maximum. il est possible d’isoler le conformère le plus stable. et l’oxygène du second groupe OH. possède une charge partielle négative (figure 4. et la conformation est très instable : l’énergie potentielle de la molécule est alors la plus élevée comme le montre la courbe Ep = f (angle de rotation C-1/C-2). comme dans l’exemple suivant de la figure 4. Par contre. On se réfère ensuite à ce qui a été indiqué pour les groupes méthyles (prioritaires par rapport aux hydrogènes) des conformères du n-butane. ils se repoussent car les interactions sont très fortes.56 Chimie organique entre les deux groupes est la plus faible de toutes les conformations et si les groupes sont de même nature électrostatique. Parfois. sont éloignés au maximum l’un de l’autre. à très basse température. dans le cas de composés aliphatiques restent relativement faibles. au contraire. parmi les 3 conformations décalées. la plus stable.5 kJ mol-1. 54.3. de 120°. Figure 4. cyclopropane (nC = 3) et cyclobutane (nC = 4).3 – Conformations des cycloalcanes 4. Cette tension s’élève de nouveau pour les cycles moyens (nC compris entre 8 et 12) pour atteindre un sommet pour nC = 9 (cyclononane. soit de 128°28’.57 4.8).5 kJ mol-1. ce qui s’exprime par une tension dans le cycle (théorie de Baeyer. de 90°. au cyclopropane. il faut apporter suffisamment d’énergie pour contraindre les atomes de carbones à accepter des angles de liaisons entre eux plus faibles. les deux groupes prioritaires de chacun des carbones C-1 et C-2 sont en position trans l'un par rapport à l'autre: il s'agit donc d'une conformation décalée antipériplanaire transoïde. On peut déduire de ces observations que les cycles dits courants seront plus faciles à former et plus difficiles à ouvrir que les petits cycles. La tension de cycle attachée à chaque groupe CH2 qui compose le cycle suit des variations proches de celles données pour le cycle lui-même. il est de –2091. la tension de cycle est la plus élevée pour les petits cycles.3a – Tension dans les cycles L’angle dièdre d’un carbone hybridé « sp3 » est de 109°28’. Comment quantifier cette tension de cycle ? Lorsqu’on brûle un alcane acyclique non ramifié. 1885). Cela est vrai pour tous les cycloalcanes (tableau 4. Expérimentalement. Les angles d’un triangle comme celui du cyclopropane est de 60°. cyclopentane (nC = 5) et cyclohexane (nC = 6). n-pentane. propane. Cela suppose que lorsqu’on passe du propane.5 kJ mol-1 × 3 = –1975. d’un hexagone comme le cyclobutane.1). § 5. l’augmentation de 'H° (combustion) pour l’augmentation d’un carbone de la chaîne carbonée est d’environ –685.9 kJ mol-1) qui fait partie des grands cycles nC > 12.2 kJ mol-1.5 kJ mol-1) puis diminue de nouveau pour atteindre une nouvelle valeur faible pour nC = 14 (cyclotétradécane. 4.3. La différence entre ces . Le 'H° de combustion calculé pour le cyclopropane est donc de –685. mais à des degrés divers. 0. Elle diminue sensiblement pour les cycles courants ou normaux. Stéréoisomèrie-stéréochimie 2 1 C2H5 2 HO C2H5 H3C CH2Cl 3 1 CH3 3 Dans cet exemple.4 (voir aussi les barrières d’interconversion dans les composés mésomères. Les cycles courants sont donc plus stables que les petits cycles. système acyclique où tous les angles de liaisons sont normaux. L’agrandissement du cycle apporte une flexibilité de la molécule qui la rapproche de plus en plus d’une chaîne acyclique. n-butane.6. Ainsi. d’un carré comme le cyclobutane. cycle tension de cycle / CH2 en kJ mol-1 nC tension de cycle en kJ mol-1 3 115.6 4 110.5 5.5 6 0.2 3.1 Si l’on considère le cyclopropane.7 38.1 7 27. Quelques valeurs sont données dans le tableau 4.58 Chimie organique deux valeurs théorique et expérimentale est attribuée à la tension de cycle soit 115.1.8 0.3 cyclopropane petits cycles cyclobutane cyclopentane cycles courants cyclohexane cycloheptane cycles moyens cyclooctane et nC nC > 12 12 grands cycles H H 104° C C H H C H orbitales hybridées sp3 de liaisons C-C dans le cyclopropane H H Tableau 4. .3 5.7 kJ mol-1.9 8 42. l’angle interorbitale n’est pas de 60° mais de 104° en raison d’un recouvrememt des orbitales hybridées pas tout à fait linéaire.3 27.6 5 27. du cyclobutane et du cyclopentane Le cyclopropane ne possède qu’une seule conformation car il est plan tandis que le cyclobutane et le cyclopentane sont en équilibre chacun avec deux conformations qui se situent chacune dans deux plans.3c – Conformations du cyclohexane Le cyclohexane est un cycloalcane saturé obtenu par hydrogénation totale du benzène (schéma 4.1 .3b – Conformations du cyclopropane. H H H H H H représente: H H H H H H cyclopropane H H H H H H H H H H H H H cyclopentane H H H représente: H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H cyclobutane H H H représente: H H H H H H H H H H H (conformations en enveloppe) H Figure 4. dites « en enveloppe » dans le cas du cyclopentane (figure 4.5).3. 4.3. 3 H2 benzène cyclohexane Schéma 4. Donc.1).5 4. à l’exception du cyclopropane). Stéréoisomèrie-stéréochimie Afin de rendre la tension de cycle la plus faible. aucun cycloalcane n’est plan (contrairement à la théorie ancienne de Baeyer (1885). les liaisons σ vont utiliser la libre rotation entre atomes du cycle pour accèder à divers conformères parmi lesquels certains sont prépondérants en raison d’une plus grande stabilité relative.59 4. Elles sont donc favorisées. Il peut exister sous 4 conformations principales (figure 4.7). qu’une de ses liaisons peut être tordue par rapport à celle adjacente en produisant des conformations appelées « bateau-croisé » ou « bateau-flexible ».6) : 2 conformations rigides appelées « chaise » et 2 conformations flexibles appelées « bateau ». Tous les carbones sont hybridés « sp3 » avec des angles de valence de 109°28’. Par contre. Le passage d’une forme « chaise » à la forme « chaise inversée » nécessite beaucoup d’énergie en raison de la rigidité de cette conformation. le cyclohexane en conformation « bateau » présente une flexibilité telle. (tension transannulaire faible) en raison de leur éloignement maximum les uns des autres. et l’énergie potentielle de la molécule la plus faible. . ce qui est inférieur à l’angle dièdre d’un hexagone (120°).60 Chimie organique C’est une structure qui est présente dans de nombreux composés naturels comme les stéroïdes (cholestérol. Il en est de même du passage de la conformation « chaise » à la conformation « bateau ».6 Les conformations « chaise » sont celles dont les interactions entre les divers substituants (surtout lorsqu’ils sont différents de H) sont les moins importantes. hormones stéroïdes…). à température ordinaire. ce qui rend ces conformations les plus stables. Le passage d’une conformation « bateau-croisé » à son inverse s’effectue via la conformation « bateau » avec apport d’énergie. légèrement plus stables que les conformations « bateau » donc favorisées (figure 4. en raison de leurs analogies de formes : H H H H H H H H H H H H H H H H conformation "chaise" H H H H H H H H H conformations "chaise" (avec passage de la conformation "chaise" à "chaise inversée") H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H conformations "bateau" (avec passage de la conformation "bateau" à "bateau inversé") Figure 4. On en déduit facilement que le cyclohexane ne peut pas être plan et subit une torsion de ses liaisons. en conformation chaise.4) .5. Stéréoisomèrie-stéréochimie H H H H H H H H E H H H H 5. et – six substituants dits équatoriaux (e1.9 kJ mol-1 45. possède : – un axe de symétrie ternaire (§ 4.8. on obtient une structure superposable à la structure de départ. e3…) portés par des liaisons dont les directions se rapprochent du plan équatorial. – six substituants dits axiaux (a1. Le cyclohexane possède aussi un axe de symétrie alternant S6 (§ 4. .61 4. – un plan « moyen » dit équatorial de la molécule peut être défini.4) qui passe par son centre de gravité (en faisant tourner le cyclohexane de 120° autour de cet axe. Il est perpendiculaire à cet axe au centre de gravité (centre de symétrie) et coupe le cyclohexane aux milieux des 6 liaisons C-C. Il en est de même après une nouvelle rotation de 120°..2 kJ mol-1 H H H H conformation bateau croisé H H H H conformation bateau croisé (inversé) H H H H H H H H H H H 23 kJ mol-1 H H H H H H H H H H H H H interconversion conformationnelle Figure 4. a2..5. a3 …) portés par des liaisons parallèles à l’axe ternaire. e2. .7 Comme le montre la figure 4. le cyclohexane (non substitué). 8 Les représentations de Newman du cyclohexane en conformation « chaise » permettent de visualiser les angles compris entre les liaisons axiales et équatoriales pour des substituants des carbones cycliques adjacents. Pour cela. .62 Chimie organique axe de symétrie ternaire centre de gravité plan moyen dit équatorial (plan passant par le milieu de chacune des six liaisons du cyclohexane) a2 a4 e3 a6 e2 e1 2 1 4 3 6 e6 5 a3 a1 e4 e5 plan moyen a5 observateur a2 e1 a4 C6 2 e5 5 1 C3 e2 a1 4 e4 a5 (les substituants de C3 et C6 ne sont pas figurés) Figure 4. on considère que le cyclohexane est regardé par un observateur selon les deux axes C1 →C2 et C5 →C4. Il en est de même pour les couples a2 et e3. a3 et a4… Les couples de substituants a1 et e2. par rotation autour des liaisons σ C-C du cycle. les liaisons C1-a1 et C2-a2 sont antiparallèles.63 4. a1 et e2. e2 et e3. deux substituants portés par des liaisons axiales sont en position cis (a1 et a3 par exemple) et deux substituants dont l’un est porté par une liaison axiale et l’autre par une liaison équatoriale (a1 et e3) sont en position trans. sont en position cis H Br a1 Br et Cl . e1 et a2. sont en position cis H Br H a1 Br et Cl . sont situés du même côté du plan moyen : on dira que ces substituants sont en positions cis. e2 et a3. e1 et a2.10). sont en position trans H H CH3 Cl a3 Br et Cl . a3 et e4… Pour les substituants en positions 1 et 3 du cycle. cela s’applique aussi pour les couples a2 et a3. d’une part. sont en position trans H (en rouge: substituants au-dessus du plan moyen en bleu : substituants au-dessous du plan moyen) Figure 4. Quelques exemples sont donnés dans la figure 4. et. Stéréoisomèrie-stéréochimie Par rapport au plan moyen. et e1. e2. e1 et e2. Evidemment. d’autre part. a1 et a2. a1 et a3.9 H H H H e2 Cl H3C e1 H H H Br a1 H H H e1 H H3C CH3 et Cl . les substituants qui étaient axiaux au départ deviendront équatoriaux dans la conformation inversée et vice-versa (figure 4. d’autre part. d’une part. Les liaisons C1-e1 et C2-e2 font entre elles un angle de 60°. e1 et a3. a2.9 Si on passe de la conformation « chaise » à la conformation « chaise inversée ». sont en position cis H Cl a2 e1 CH3 et Cl . sont en position trans H H H H H H H H H CH3 et Cl . Les couples de substituants a1. . sont situés de part et d’autre du plan moyen : on dira que ces substituants sont en positions trans. Dans ce cas. . l’isomère E est celui qui a les groupes de plus haute priorité de part et d’autre du plan défini par le cycle (cyclopropane) ou du plan moyen (cyclohexane).11 4.10 Remarque : pour bien représenter le cyclohexane et les liaisons à ces différents substituants dans la conformation chaise.12.64 Chimie organique Figure 4. pour les isomères Z correspondants. la plus utilisée. et inversement.11.4 Nomenclature E et Z dans les cycles Ce qui a été indiqué pour les isomères géométriques E et Z peut s’appliquer aussi aux composés cycliques. il est important de respecter le parallèlisme de certaines liaisons figurées par des couleurs identiques dans la figure 4. Figure 4. Trois exemples sont donnés dans la figure 4. le passage d’un stéréoisomère configurationnel à un autre exige la rupture d’au moins deux liaisons et la création de deux nouvelles.1 – Configuration La disposition fixée et relative des substituants d’un atome dans l’espace définit sa configuration.2-dichloro-1-méthyl-cyclopropane Cl 1 2 H H H H3C H H 2 Br Cl 1 H 1 H H CH3 H 1 H Br H H H H H 2 isomère Z isomère E H H H 1-bromo-2-chloro-1-méthyl-cyclohexane H H H H H H H 3C H H Br H H H 3C Cl H H H H H Br H H Cl H isomère Z isomère E 1-bromo-3-chloro-1-méthyl-cyclohexane Figure 4. Dans la mesure où le passage d’une forme E d’un alcène à la forme Z nécessite d’inverser les substituants d’un carbone. les configurations de ces deux isomères sont différentes et il s’agit d’isomères configurationnels (figure 4.6).12 4. . Contrairement aux conformères qui résultent de rotations autour de liaisons simples σ.65 4.5. Stéréoisomèrie-stéréochimie 2 1 1 1 Cl Cl CH3 Cl H Cl H CH3 2 1 2 2 isomère Z isomère E 1. 4.13).5. et susceptibles de créer un centre chiral (§ 4. Ce terme s’applique plus particulièrement aux atomes au moins trivalents ayant des substituants tous différents entre eux.5 Stéréoisomères configurationnels Les stéréoisomères configurationnels sont des stéréoisomères qui se différencient par leurs configurations. on peut faire correspondre des atomes identiques par une ligne passant par ce point et éloignés d’une distance égale de ce point.3-dichloro-trans-2. ce point est le centre de symétrie de la molécule (ex : le trans-1.3.66 Chimie organique Br Br C H C2H5 C H 2 5 H CH3 CH4 H "trans" CH3 CH3 H et et H Br C2H5 C2H5 Br CH3 H 3C H "cis" H H CH3 CH3 H H OH C C H3C Cl H C C et CH3 CH2 OH H Cl H 3C CH3 CH2 couples de stéréoisomères configurationnels Figure 4.3-dichloro-trans-2.5-dichloro1.14 .3.4-diméthylcyclobutane 1.4.14). centre de symétrie de la molécule Cl Cl CH3 H CH3 H H x' Br Cl Br H H3 C H H CH3 CH3 H x x = x' centre de symétrie de la molécule H H 3C Cl trans -1.4-dibromo-2.5-dichloro-1.13 4.5.4.6-tétraméthyl-cyclohexane) (figure 4. et cela pour tous les atomes qui constituent la molécule.4-dibromo-2.4-diméthylcyclobutane et le 1.6-tétraméthyl-cyclohexane Figure 4.2 – Centre de symétrie moléculaire Si d’un point de l’espace. 2-dibromocyclopropane de la figure 4.15 Certains atomes peuvent figurer dans ce plan et sont leur propre image par rapport à ce plan (c’est le cas des atomes d’hydrogène du carbone 3 du cis-1. Une molécule plane possède un plan de symétrie qui n’est autre que le plan de la molécule. mais de structures inversées (configurations inversées pour les atomes tri ou tétravalents). B’.2. Par exemple.2-dibromocyclopropane (configurations inversées des carbones 1 et 2) Figure 4.1. des halogènes. et un second qui est constitué par la surface du triangle (figure 4. plan de symétrie plan de symétrie B A' x' A x H hydrogènes contenus dans le plan de symétrie H 3 Br 2 H Br x = x' 1 H cis-1.5. C’est le cas des composés éthyléniques ou alcènes ayant des substituants simples comme par exemple. associe à chacun d’eux des atomes identiques A’. C…situés d’un côté de ce plan. le 1. H Br C C H Br E (ou trans)-1.2-tétrabromocyclopropane possède un premier plan de symétrie perpendiculaire au cycle passant par le carbone 3 et coupant le cycle selon la hauteur du triangle.2-dibromoéthylène Figure 4. C’….15).67 4. .16).17). B.16 Une molécule peut avoir plusieurs plans de symétrie. Stéréoisomèrie-stéréochimie 4. ou des groupes méthyles (figure 4.3 – Plan de symétrie moléculaire Une molécule possède un plan de symétrie si la réflexion des atomes A. suivie d’une réflexion par rapport à un plan perpendiculaire à cet axe.68 Chimie organique H H H Br 3 3 H 2 Br Br Br 2 Br 1 Br 1 Br Br 1. Exemple d’axe de symétrie alternant S4 dans le méthane (figure 4. au centre de gravité de la molécule.2-tétrabromocyclopropane Figure 4.4 – Axe de symétrie alternant (impropre.18) : H1 H2 H2 rotation de 90° C H1 C autour de l'axe H3 H3 H4 H4 image 2 réflexion image 1 H3 H4 C H2 H1 image 3 Figure 4.17 4.1. ou de rotation-réflexion) Si la rotation d’un angle Dq d’une molécule autour d’un axe passant par son centre de gravité. la molécule possède un axe de symétrie Sn avec n = 360q / Dq. fournit une représentation identique à la molécule originale.5.2.18 . 3. Le cyclohexane admet donc un axe de symétrie alternant S6 (360°/ 60° = 6). La comparaison des images 1 et 3 montre qu’elles sont identiques à la différence près que H1 a été remplacé par H3.19 L’axe de symétrie alternant S2 correspond à une symétrie par rapport à un plan (360°/ 180° = 2). c’est-à-dire 3. Le méthane et le cyclohexane possèdent des axes de symétrie de cette nature. Un exemple d’axe de symétrie alternant S6 est fourni par le cyclohexane (figure 4. etc. Si l’on compare l’image 1 à l’image 3. H2 par H4… Le méthane a autant d’axes de symétrie S4 (360°/ 90°) que de faces/ 2 dans le cube. laquelle fournit l’image 3 par réflexion par rapport au plan perpendiculaire à l’axe de rotation au centre de gravité. l’atome de carbone.19 (conformation chaise. Le cyclohexane défini par l’image 1 de la figure 4.20). on obtient l’image 2 dont la réflexion par rapport à un plan perpendiculaire à un axe de symétrie passant par le carbone correspond à l’image 3. Si l’image 1 subit une rotation de 90° autour d’un axe passant par le centre de gravité du méthane. Ce plan est défini par le carbone central et les deux groupes. § 4.69 4.3) subit une rotation de 60 °C autour de l’axe qui passe par le centre de gravité de la molécule (centre de symétrie) ce qui conduit à l’image 2. c’est-à-dire. il . Stéréoisomèrie-stéréochimie Le méthane CH4 peut être inscrit dans un cube dont le centre est occupé par l’atome de carbone. axe de symétrie alternant S6 H1 H1 H H H5 H3 H H2 H H H6 H H H4 H5 H H6 H rotation de 60° H H H2 autour de l'axe de symétrie alternant S6 H H3 H4 image 2 image 1 H6 H H4 H H H2 H5 H H H1 H H3 image 3 (réflexion de l'image 2 par rapport au plan) Figure 4. on s’aperçoit qu’elles sont identiques à la différence près que H1 est remplacé par H6.19). Le méthane substitué par deux groupes différents possède encore un plan de symétrie ou un axe de symétrie alternant S2 (figure 4. H2 par H1. S’il est substitué par quatre substituants différents. 21 B .20 4.5. Ils sont images l’un de l’autre dans un miroir (on dit aussi que B est l’image spéculaire de A. C’est un couple d’énantiomères. Lui-même (A) et son inverse (B) par rapport à un plan représentent deux configurations inversées de la molécule considérée (figure 4. son image dans un miroir ou son symétrique par rapport à un plan (B) ne peuvent pas lui être superposé. Cl Cl *C C* Br Br H 3C A CH3 H H couple d'énantiomères (symétriques / plan) (inverses optiques) Figure 4. et inversement). derrière le plan de symétrie inscrits dans le plan de symétrie Plan de symétrie Cl Cl H C C H3C Br H3C H H 4 substituants différents = ni plan de symétrie ni axe de symétrie alterné = carbone central asymétrique en avant du plan de symétrie Figure 4. est asymétrique ou chiral.70 Chimie organique n’existe plus aucun axe de symétrie alternant.21).5 – Carbone asymétrique ou carbone chiral Un carbone hybridé « sp3 » qui porte quatre substituants différents entre eux. Propriétés : lorsqu’un carbone (A) est asymétrique. le carbone central ainsi substitué est dit asymétrique ou chiral. la création d’un centre chiral est possible (figure 4. Avec le carbone. Un nombre pair de permutations de deux substituants conserve la configuration du carbone asymétrique. 4.22). et par conséquent. . la molécule peut être chirale ou achirale.5. un centre chiral. le phosphore (P) et l’arsenic (As). ni centre de symétrie. ce qui exige de rompre deux liaisons C-Br et C-H et de rétablir de nouvelles liaisons C-H et C-Br. le silicium (Si).71 4.22 La molécule qui possède un carbone asymétrique. donc inverse sa configuration. trivalent. un nombre impair de permutations de deux substituants inverse la configuration du carbone asymétrique. On peut y ajouter l’azote. Stéréoisomèrie-stéréochimie L’échange de deux substituants de l’un des deux énantiomères (ici B dans la figure 4. ayant des substituants tous différents entre eux. à l’intérieur d’une molécule. symbolisé par C*.21). peut exprimer une chiralité (en fonction de la nature de l’atome) et peut donc représenter. S’il en existe un seul dans la molécule. atomes tétravalents. respectivement.5. selon le cas (voir diastéréoisomères § 4. Autrement dit.23). le transforme en l’autre énantiomère (A). le germanium (Ge). sous formes de sels de phosphonium et de sels d’arsonium. sous forme de sel quaternaire (dans la mesure où les quatre groupes substituants sont différents) ou de N-oxyde. n’a pas d’axe de symétrie alternant. l’étain (Sn). Cl permutation de deux substituants C * Br H CH3 B Cl Cl C* C* H Br CH3 rotation autour de l'axe C-Cl Br H 3C A H inverse de B B et A sont images l'un de l'autre dans un miroir: ils représentent un couple d'énantiomères Figure 4. S’il en existe plusieurs.6 – Chiral (centre -) ou stéréocentre Tout atome dont la valence est égale ou supérieure à trois. ni plan de symétrie. celle-ci est alors dite chirale. ou tertiaires (R1. Ce phénomène se reproduit en sens inverse. qui ont chacun un doublet libre. En effet.23 Pour les dérivés d’atomes trivalents comme l’azote. le phosphore ou l’arsenic.24 pour les amines secondaires (R1 et R2 = groupes alkyles. R2. Il s’agit de l’inversion de configuration. il existe un phénomène particulier qui limite la chiralité de leurs dérivés substitués par trois groupes différents. R1 R1 inversion R2 N de configuration N R2 R3 R3 Figure 4. la fréquence des inversions diminue et il est parfois possible de démontrer l’existence des deux énantiomères. Lorsque la température est suffisamment abaissée (inférieure à –100 °C). par grand vent).72 Chimie organique R1 R1 R1 Si R2 R3 R4 Sn R4 R2 R3 dérivés de silane SiH4 dérivés de stannane SnH4 R1 N R4 R1 N O R2 R3 X N ou sels d'ammonium quaternaires R4 dérivés de germane GeH4 R1 R2 R3 O R2 R3 amines N-oxydes R1 R1 P R2 R3 Ge R2 R3 R4 X sels de phosphonium As R2 R3 R4 X sels d'arsonium Figure 4. à une vitesse parfois élevée : il est alors difficile de démontrer la présence de l’une ou l’autre configuration. R3 = groupes alkyles).24 . Cela est illustré dans la figure 4. ce qui inverse la configuration de cet élément. R3 = H). les liaisons des substituants peuvent se retourner (comme les baleines d’un parapluie. dans ce cas. Les énantiomères peuvent contenir un ou plusieurs centres chiraux.5.26). (R 1)(R2)(R3)S+. Stéréoisomèrie-stéréochimie Ce phénomène est très rapide pour les dérivés de l’azote. et les carbanions (R1)(R2)(R3)C-.25). mais moins rapide pour les dérivés du phosphore et lent pour ceux de l’arsenic.73 4. (R1)(R2)(R3)O+.25 Certains sels de soufre. ions oxonium. Ils sont les images spéculaires l’un de l’autre. Lorsque l’inversion devient impossible ou difficile.8). 4. Cl Cl Me Me N N Me Me Figure 4. chaque énantiomère peut être isolé. en particulier dans les composés cycliques. d’oxygène. Les sulfoxydes (R1)(R2)S+-O. ions sulfonium.7 – Énantiomères (couple d’-) Deux molécules représentent un couple d’énantiomères dans la mesure où elles ont la même constitution moléculaire (stéréoisomères). inverses optiques ou antipodes optiques.ne donnent pas lieu à ce type d’inversion et il est possible d’isoler chaque énantiomère. qu’elles sont chirales et symétriques l’une de l’autre par rapport à un plan ou images l’une de l’autre dans un miroir (figure 4. Leurs solutions de même . Ils sont l’un pour l’autre des inverses optiques en raison de leurs activités inverses sur la lumière polarisée rectilignement (voir polarimètre § 4. H3 C H C 2H 5 CH3 C* CH2OH HOH2C * C H C 2H 5 C2 H5 C2 H5 CH3 Cl C* C* Br CH3 Cl Br CH3 C2H5 C* C* C2H5 CH3 couples d'énantiomères Figure 4.26 Les énantiomères sont aussi appelés isomères optiques.5.2-diméthylaziridine (figure 4. C’est le cas de la N-chloro-2. donnent lieu à ce type d’inversion. au moyen d’un polarimètre. d’un angle α° de valeur absolue égale mais de signes contraires. toxicité…) et pharmacologiques sont très souvent différentes comme le montrent les exemples de l’aspartame et de la carvone donnés dans la figure 4. Les points de fusion (F °C). dans les conditions classiques d’enregistrement) sont identiques.28. Cet appareil est constitué.27 4.5. font tourner le plan de polarisation de la lumière polarisée rectilignement.8 – Polarimètre et pouvoir rotatoire spécifique La polarimétrie consiste à déterminer le pouvoir rotatoire d’un composé chiral. spectres ultraviolets (UV). Les énantiomères ont strictement les mêmes propriétés chimiques. spectres de résonance magnétique nucléaire (RMN. L’onde est décrite par un vecteur magnétique H et par un vecteur électrique E. perpendiculaires . Par contre. points d’ébullition (Eb °C). de manière succinte. odeur. Le prisme de Nicol est composé de deux parties en calcite collées par du baume du Canada (substance très réfringente). de trois parties : deux prismes de Nicol (un polariseur et un analyseur) entre lesquels est disposée une cuve optique de longueur « L » comme le montre la figure 4. leurs activités biologiques (goût.27. spectres infrarouges (IR). configurations inversées des C* H NH3 OOC H N O H2 C H NH3 COOCH3 OOC H H N O COOCH3 H CH2 résidu de l'acide (L)-aspartique ester méthylique de la (L)-phénylalanine Aspartame ester méthylique de de la (D)-phénylalanine Composé au goût amer Edulcorant 200 fois plus sucré que le saccharose O O H H (R) Carvone (S) Carvone odeur de cumin odeur de menthe Figure 4. La lumière est un phénomène électromagnétique ondulatoire.74 Chimie organique concentration dans un même solvant achiral (par exemple : eau ou éthanol). la lumière qui en émerge est polarisée rectilignement. pas de rotation du plan de la lumière polarisée E' Plan da la lumière polarisée L E E polariseur lampe à vapeur de sodium (lumière monochromatique) Cuve optique vide ou remplie d'un solvant achiral 1ère expérience Figure 4. Si cette lumière traverse un nouveau prisme de Nicol.28 et suivantes : E 90° rayon lumineux H Plan des vecteurs E E E polariseur lumière monochromatique (raie D du sodium) Figure 4. seul. appelé analyseur. la lumière émergente aura sensiblement la même intensité que celle de la lumière incidente (figure 4. ce qui compose une infinité de plans de vibration.29 analyseur intensité de la lumière émergente maximale . placé dans la même position que le premier. Pour simplifier. La rotation du polariseur ou de l’analyseur conduit d’abord à une diminution progressive de la lumière émergente puis à son extinction lorsque la rotation atteint 90°.28 Lorsqu’une lumière monochromatique (caractérisée par une unique longueur d’onde) traverse le premier prisme de Nicol.75 4. Elle ne vibre plus que dans un seul plan défini par un unique vecteur électrique E : ce plan est appelé plan de polarisation. appelé le polariseur. Stéréoisomèrie-stéréochimie entre eux qui vibrent dans toutes les directions du plan perpendiculaires à la direction du rayon lumineux. le vecteur électrique E est représenté dans la figure 4.29). acides aminés. ou d) ou au contraire. Cela est indiqué par les abréviations (+) ou (d)) et.30 Si. nécessaire pour retrouver l'intensité émergente maximale 2ème expérience Figure 4.5. ayant placé le polariseur et l’analyseur dans la même position (figure 4. dans le cas contraire. l’éthanol…. dans ces conditions. si l’analyseur est tourné de 90° par rapport à la position du polariseur. on interpose une cuve remplie d’une solution d’un seul énantiomère à la concentration de « c » g / 100 ml. on interpose entre le polariseur et l’analyseur une cuve remplie d’un solvant dont les molécules sont achirales (§ 4. dans les mêmes conditions. ne possèdant pas de carbone(s) asymétrique(s)). lesquelles définissent des séries de stéréoisomères (sucres. en sens inverse (négatif (-).30). obtenue pour une solution d’un énantiomère à la concentration de « c » g / 100 ml d’un solvant donné.5. il y a encore totale extinction de la lumière émergente comme dans l’expérience précédente. on peut définir son pouvoir rotatoire spécifique : α T = 100 α λ Lc L est la longueur en dm du trajet optique dans la cuve (souvent égale à 1). à droite. on n’observera aucun effet sur l’intensité de la lumière émergente à la sortie de l’analyseur.76 Chimie organique Si. à gauche. on observe alors une diminution de l’intensité de la lumière émergente. selon l’énantiomère étudié. ou l). comme l’eau. en utilisant le polarimètre. rotation du plan de polarisation L E E E E E +++++++++ +++++++++ +++++++++ cuve optique remplie d'une solution d'énantiomère à "c"g / 100ml dans un solvant non chiral rotation de + α° de l'analyseur. acides-alcools…) et ne sont que l’application de conventions (conventions de Fischer § 4. à gauche. Par contre. . « lévogyre » (indiqué par les abréviations (-) ou (l).22). dans un solvant achiral.13. Celle-ci peut être optimisée et atteindre sa valeur maximale. L’énantiomère qui fait tourner le plan de la lumière polarisée rectilignement à droite est dit « dextrogyre ». A partir de la valeur expérimentale Dq. Attention : les lettres d et l qui décrivent un phénomène physique optique ne doivent pas être confondues avec D et L. par une rotation de Dq de l’analyseur dans le sens des aiguilles d’une montre (positif (+). la raie jaune D émise par une lampe à vapeur de sodium à 589. à droite) et en série S (du latin sinister. Stéréoisomèrie-stéréochimie Le pouvoir rotatoire spécifique est une constante pour un énantiomère donné. ordonner les substituants du carbone asymétrique selon leur ordre de priorité par application des règles décrites pour définir les isomères E et Z des alcènes. La polarimétrie s’applique à tout composé chiral soluble dans un solvant achiral. cela signifie que ce composé est lévogyre. secondaires R-NH-R’. et tout autre composé susceptible d’être ionisé en milieu acide ou basique. qu’il possède un ou plusieurs centres chiraux. 2 et 3 selon leur ordre de priorité.3. – pH.9 – Configuration absolue (nomenclature R et S) La difficulté rencontrée par les chimistes du début du siècle dernier pour définir les configurations des carbones asymétriques dans les molécules a conduit Robert S. à définir des règles permettant de classer ces carbones selon leur configuration dite absolue en série R (du latin rectus. Cahn. – longueur d’onde de la lumière monochromatique utilisée O (le plus souvent. – température T (le plus souvent 278 K = 25 °C).1. R-COOH. 6N HCl). trois chimistes.5. Les règles à appliquer pour y parvenir sont les suivantes : 1.3 nm. Christopher Ingold et Vladimir Prelog. à gauche). dans des conditions définies précises : – nature du solvant. en utilisant une lampe à vapeur de sodium. nm = nanomètre). et tertiaires R-N(R')-R''. R-CH(NH3+) (COO-). Exemple : si un composé chiral a un [α]D278K = –14° (c = 10. dans le cas des composés ionisés comme les acides α-aminés.77 4. et qu’il fait tourner le plan de la lumière polarisée rectilignement d’un angle de –14° lorsqu’il est en solution dans HCl 6N à la concentration de 10 g / 100 ml. 2. les amines primaires RNH2. raie D du sodium. regarder ensuite le triangle formé à partir des substituants classés 1. à une température de 25 °C (ou 278 K). § 3. On peut aussi définir le pouvoir rotatoire moléculaire [M] qui est relié au pouvoir rotatoire spécifique par l’équation suivante : T = M λ α T x M λ 100 M = masse moléculaire du composé optiquement actif Cette valeur caractéristique qui tient compte de la masse moléculaire du composé optiquement actif permet de comparer les activités optiques de divers composés de masses moléculaires différentes. 4. les acides. de telle sorte que le quatrième substituant . vers la gauche. Lorsque la rotation s’effectue dans le sens des aiguilles d’une montre (vers la droite) le carbone est dit de configuration absolue R. le carbone asymétrique est dit de configuration absolue S (figure 4.31). 1 Cl 2 OH 3 C* H 3C 3 H 4 Cl H 4 OH 2 1 C* (S) C*(R) 2 OH l'observateur voit 1 Cl 4 H C* H3C 3 C* H3 C Cl 1 S 4 H C* H3 C 3 R OH 2 Figure 4. mais attention au fait que le substituant 4 4 H OH 1 C (R) CH2OH 3 est en avant de la représentation c'est-à-dire devant le triangle 1.78 Chimie organique soit situé derrière le plan de ce triangle.2. .3 donc en sens inverse de la règle de Cahn. Si toutes ces conditions sont respectées. par rapport à l’observateur. le sens de la rotation qui permet de passer du carbone 1 au carbone 2 donne la configuration du carbone asymétrique. Ingold.31 Quelques exemples sont réunis dans la figure 4. Dans le cas contraire.32. le sens de rotation 1 2 3 est l'inverse des aiguilles d'une montre. 2 CH=O Dans cette représentation du (D)-glycéraldéhyde. Ce n'est donc pas un carbone asymétrique S mais au contraire un carbone asymétrique R. Note : il est facile de s’en souvenir à partir du sens d’écriture de R et S. et Prelog. 3 Figure 4.10 – Configuration (inversion de -) Le passage d’une configuration R à la configuration S d’un atome de carbone asymétrique dans une molécule. 2 COOH 1 H2N C CH 4 (S) 3 CH2OH Même problème que ci-dessus pour un acide aminé. et leurs activités sur la lumière polarisée rectilignement. et vice-versa.32 Important : il n’existe pas de rapport entre la configuration absolue d’un carbone asymétrique et son activité optique. comme le montrent les exemples ci-après. pour lesquels les configurations absolues des carbones asymétriques sont différentes (R et S).2. et Prelog. 4.33 La configuration absolue d’un échantillon d’une molécule chirale peut être déterminée expérimentalement par l’analyse cristallographique au moyen des rayons X qui permet de situer dans l’espace les différents atomes qui constituent la molécule du cristal. de même nature. Le ou les carbones asymétriques d’un couple d’énantiomères ont des configurations absolues inversées. dextrogyre : COOH CHO H (R) H2 N OH (S) H CH3 CH2OH (+)-glycéraldéhyde (+)-alanine Figure 4. dont le carbone asymétrique est S. la (D)-sérine. de la figure 4.5.33. Stéréoisomèrie-stéréochimie 1 3 Br Cl H 3C C Si le triangle 1.3 est regardé par le côté opposé à l'atome d'hydrogène afin de se mettre dans les conditions de la règle de Cahn. on voit: Br 1 2 H H 4 C 4 3 H3C (R) Cl 2 et le carbone asymétrique est de configuration absolue R. Ingold.79 4. appelée inversion de configuration. . nécessite l’échange de deux substituants sur ce carbone. SOCl2 Me Et H Me chlorure de Et thionyle O OH (S) diéthyléther H (S)-butan-2-ol Cl S . l’inversion de configuration relative d’un carbone asymétrique peut résulter d’une réaction de substitution SN2 (§ 8. Dans ce cas.1.2).SO2 anhydride sulfureux Et Cl (S) H O (rétention de configuration relative du carbone asymétrique) Schéma 4.NaBr (SN2) inversion de Walden (Inversion de configuration relative du carbone asymétrique) Schéma 4. Ingoldet Prélog).5.3 Me (S)-chloro-2-butane . et il prend une position inversée par rapport à celui de départ sur le carbone comme dans la réaction ci-dessous.80 Chimie organique Par extension.2 L’inversion de configuration relative d’un carbone asymétrique est figurée par le signe : La configuration d’un azote portant trois substituants différents s’inverse constamment (centre chiral ou stéréocentre § 4.6).11 – Configuration (rétention de -) La rétention de configuration relative est le résultat d’une réaction effectuée sur un carbone asymétrique avec échange ou transformation d’un substituant en conservant une même configuration relative (différence avec l’inversion de configuration).2) par une inversion de Walden (schéma 4. le substituant du carbone asymétrique qui subit la réaction est échangé avec un nouveau substituant provenant du réactif (de priorité équivalente selon les règles de Cahn. 4. C’est la cas de la réaction de substitution intramoléculaire du chlorure de thionyle sur un alcool chiral comme le (S)-butan-2-ol qui conduit au (S)-chloro-2-butane : OH et Cl occupent la même position par rapport aux autres substituants du carbone et sont des groupes de même priorité. 3 3 NaOH CH3 CH2-CH3 1 Br 2 (S) H H3C H3C-H2C OH 1 2 (R) H .5. Son image dans un miroir lui est superposable (exemples : sphère.5. et présente une géométrie donnée. un plan ou un centre de symétrie. les interactions qui en résultent (chimiques ou physiques) atteignent une efficacité maximale.5. cube. par exemple. dessin. molécule… qui ne possède pas d’axe de symétrie alternant (et. ni centre de symétrie.12 – Configuration et conformation Ne pas confondre les termes configuration et conformation. ce qui déclenche l’activité biologique. La chiralité se trouve dans l’essence même de la vie. Tout dans la Nature est chiral. dessin. les deux mains d’une même personne).5. . ni échange de substituants. Attention : certaines molécules achirales peuvent contenir des carbones asymétriques de même constitution. CH4…). 4. sans aucune rupture de liaison. et. En revanche. molécule… qui possède un axe de symétrie alternant. est dit achiral. Par exemple. Un composé peut être chiral sans contenir un centre chiral ou stéréocentre. par conséquent. Stéréoisomèrie-stéréochimie 81 4. Le passage de la configuration d’un carbone asymétrique à sa configuration inverse nécessite la rupture de deux liaisons et leurs échanges sur le carbone asymétrique. Exemple : un médicament qui agit sur un récepteur enzymatique devra avoir des configurations très précises de son ou ses carbones asymétriques pour agir.3). il ne peut être associé qu’à une molécule dont les groupes actifs sont disposés de telle sorte que leur géométrie s’accorde parfaitement à ces fonctions. l’activité biologique est directement liée à la chiralité des molécules. mais de configurations inversées. Dans la Nature. Le changement de configuration de l’un d’eux peut conduire à une totale inactivité de la molécule correspondante (la clé est déformée !…). tout objet.25). en nombre pair (voir diastéréoisomères de forme méso § 4. molécule de méthane.34) qui peuvent être représentés par deux plans perpendiculaires et dont la jonction a lieu au niveau du carbone central hybridé sp (§ 1. Dans ce cas. comme une clé à sa serrure. C’est le cas de molécules dissymétriques comme certains dérivés de l’allène (figure 4. le passage d’une conformation moléculaire à une autre n’exige que des rotations autour d’une ou plusieurs liaisons V de cette molécule.4. Sa chiralité s’exprime par le fait que son image dans un miroir (image spéculaire) ne lui est pas superposable (par exemple.1. ni plan de symétrie) est dit chiral. si le site récepteur d’une macromolécule est composé de différentes fonctions en nombre égal ou supérieur à trois. Par contre.13 – Chiralité Tout objet. le plan du cycle A (ou B) joue le rôle de plan de symétrie pour la molécule et la molécule est achirale. 90° P1 CH3 H3 C C C plan de symétrie de la molécule. il n’existe plus de plan de symétrie et la molécule est chirale. ni plan de symétrie) Figure 4.36).35). Le biphényle est formé par deux groupes phényles. Dans ce cas. Dans ces conditions. . de structures planes.82 Chimie organique miroir 90° 90° CH3 H C C H 3C C H3C H C H H C C CH3 inverses optiques (ni centre. la libre rotation des deux cycles autour de cette liaison est contrariée par une gêne stérique et les deux plans contenant les cycles forment entre eux un angle qui peut atteindre 90° (figure 4. si deux substituants ortho du cycle B (ou A) sont identiques. la molécule possède un plan de symétrie qui est le plan P2 (figure 4. La molécule est alors achirale.35 Un autre exemple de composés chiraux ne disposant pas de centre chiral concerne certains dérivés du biphényle. Certains dérivés du biphényle peuvent être chiraux en l’absence de carbone asymétrique s’ils sont substitués par quatre groupes assez volumineux en positions α par rapport à la liaison centrale (positions ortho). Par contre. retenus l’un à l’autre par une simple liaison.34 Si l’un des carbones hybridés « sp2 » a deux substituants identiques dans le plan P1. composé achiral C H3C H P2 Figure 4. si ces deux substituants sont différents. Il n’y a pas d’activité optique.2'-dicarboxylique Figure 4.6'-dichloro-2'-méthyl-biphényl-2.6'-dichloro-2'-méthyl-biphényl-2-carboxyl ique Figure 4.38. .37 La substitution des quatre positions ortho n’est pas absolument nécessaire. la rotation autour de la liaison centrale n’est plus empêchée et le passage d’un stéréoisomère à son inverse optique est possible et vice-versa. le fluor). – que chacun des deux cycles soit substitué par des groupes différents afin d’éviter la possibilité d’un plan de symétrie moléculaire.37. Les conditions requises pour que la molécule soit chirale sont les suivantes : – que le ou les substituants en position ortho soit (soient) assez volumineux pour apporter une gêne à la libre rotation autour de la liaison unissant les deux cycles et. au moins l’un des quatre substituants en position ortho n’est pas volumineux (dans l’exemple de la figure 4.36 Si. Quelques exemples sont donnés dans la figure 4. Stéréoisomèrie-stéréochimie biphényle Cl 1) A Cl Cl 2) HOOC A B HOOC CH3 H3C-CO Cl composé achiral: le plan du cycle A est un plan de symétrie de la molécule B CH3 HOOC composé chiral: le plan du cycle A (ou du cycle B) n'est pas un plan de symétrie de la molécule 1) acide 3'.83 4.6-dicarboxylique 2) acide 6-acétyl-3'.6'-difluoro-biphényl-2. F HOOC F HOOC A B COOH F A F B COOH F F A B COOH COOH acide 6. 84 Chimie organique groupe volumineux (CH3)3 As HOOC NO2 O2N I Br groupe volumineux iodure de 3'-bromo-biphényl-2-triméthylarsonium (molécule chirale) acide 6.39). par compensation externe des activités optiques des énantiomères qui les composent.l) suivi du nom de la molécule.6. F = 267 °C) (figure 4. F = 276 °C. .5. (±)-phénylalanine.38 4.2'. ou l) formant un couple. Les mélanges racémiques ou plus simplement les racémiques. On l’indique par (±) ou (d.2'-dinitro-biphényl-2-carboxylique (molécule chirale) substituant peu volumineux F Br F B A F phényle A substitué symétriquement (plan de symétrie contenant le cycle B) (molécule achirale) F COOH acide 5-bromo-2. F = 276 °C°. des deux énantiomères (+. Leurs points de fusion sont différents de celui des énantiomères (exemples : (-)-phénylalanine. n’ont pas d’activité sur la lumière polarisée rectilignement. (+)-phénylalanine.14 – Racémique (mélange) Ce n’est pas un corps pur mais le mélange.6'-tétrafluoro-biphényl-3-carboxylique Figure 4. ou d) et (–. séparé par un tiret (ex: acide (±)-aspartique). en quantités égales. à un ou des mélanges racémiques.7). le plus volumineux à droite.85 4. . L’utilisation de méthodes bio-organiques faisant intervenir des enzymes fournies par des microorganismes. Stéréoisomèrie-stéréochimie COOH H COOH NH2 H2N C C H CH2 CH2 (+)-phénylalanine (-)-phénylalanine α 278K= + 35° D α 278K= . et avec d’excellents rendements. ou parfois. d’en favoriser seulement la formation (par induction asymétrique) au détriment de l’autre énantiomère. une déshydrogénase. l’alcool qui sera obtenu par cette réduction biologique aura son groupe OH en arrière de la représentation dans la majorité des cas comme cela est figuré dans le schéma 4. de nombreuses aldéhydes et cétones sont réduites en alcools optiquement actifs par une enzyme. Les synthèses dites asymétriques ont pour but de ne permettre l’accès qu’à un seul énantiomère.39 Les synthèses classiques de molécules comportant un ou plusieurs centres chiraux. Si la cétone (ou l’aldéhyde) est représentée de telle sorte que le plus petit substituant soit à gauche du groupe carbonyle et donc. dont l’activité est stéréosélective (§ 4.4. La règle de Prelog (1953) permet a priori de définir la stéréochimie de l’alcool qui sera formé. conduisent dans la majorité des cas. dans certains cas.l)-phénylalanine α 278K= 0° D Figure 4. présente dans la « levure du boulanger ». respectivement. l’énantiomère souhaité. Ainsi.35° D 50% 50% mélange racémique ( ) ou (d. permet d’obtenir. H N SO3H COOH R HO H N R O H H H O strychnine R = H brucine R = OCH3 H H O O OH COOH camphre acide (-)-tartrique Figure 4. L’action d’un acide fort libère ensuite de leurs sels.40). l’acide (-)-tartrique.15 – Résolution ou dédoublement du racémique La résolution ou le dédoublement d’un racémique est la technique permettant de séparer les deux énantiomères qui le constituent.86 Chimie organique O C NAD(P)H déshydrogénase HO H C .4 4. C’est souvent le cas d’énantiomères d’acides dont on prépare des sels par action de bases assez volumineuses et optiquement actives. Elle peut être manuelle.40 acide β-camphosulfonique .NAD+ déshydrogénase O NAD(P)H déshydrogénase C H3 C CH2 . il est possible de séparer des bases énantiomèriques en formant des sels d’acides optiquement actifs comme.NAD+ déshydrofgénase HO H C (S) CH2 H 3C NADH = nicotinamide adénine dinucléotide (forme réduite) NAD+ = idem (forme oxydée) NADPH = nicotinamide adénine dinucléotide phosphate (forme réduite) NADP+ = idem (forme oxydée) Schéma 4. ou l’acide (+)-β-camphosulfonique (figure 4. symétriques par rapport à un plan) ce qui permet leur séparation au moyen d’une pincette. recristallisés à une température inférieure à 27 °C : dans ce cas. comme Pasteur l’a pratiquée en observant au microscope les structures géométriques des cristaux de sels d’ammonium et de sodium formés à partir de l’acide tartrique racémique (acide (±)-tartrique. et plus particulièrement leurs solubilités relatives dans certains solvants. la strychnine ou la brucine. Inversement. des différences géométriques sont visibles entre les cristaux des deux énantiomères (structures inversées. d’autre part. par exemple. le (+)-acide tartrique.5. comme. d’une part. HO2C-CH(OH)-CH(OH)-CO2H). par exemple. et le (-)-acide tartrique. La résolution peut être chimique : elle est alors basée sur les différences de propriétés de certains dérivés des énantiomères. il n’est pas rare qu’un des énantiomères soit à l’origine de cette propriété tandis que l’autre est totalement inactif. les deux sels formés seront A(+)-(B(-) et A(-)-B(-) ayant des différences de solubilité dans un solvant choisi par expérimentation. on utilise un acide optiquement actif. On utilise alors la différence des interactions qui existent entre une phase chirale du système chromatographique et les deux énantiomères qui composent le racémique. et en particulier la solubilité dans un solvant donné S. elles ne reconnaissent parmi les deux énantiomères proposés à leur action que celui qui s’accorde à leur propre chiralité. mais dans ce cas. Si un acide racémique représenté par AH(+) + AH(-) est mis en présence d’une base B(-). permettent de séparer les deux énantiomères formant un racémique. par exemple A(+)-B(-) déplace alors l’énantiomère acide faible AH(+). RCONH-CH(R)-COOH. + Base chirale (-) AH (+) acide racémique ( )A séparation par filtration filtrat contenant A(-)-B(+) cristaux filtrés A(+)-B(-) H H A(-)-(B)(-) soluble dans le solvant S et A(+)-(B)(-) cristaux insolubles dans le solvant S AH(-) + AH(+) + B(-)H B(-)H (La base chirale est récupérée sous forme de sel) Les acides sont isolés. Enfin. . qui sera dans ce cas A(-)(B(-) permettra par le même procédé de récupérer l’autre énantiomère acide AH(-). car l’un des énantiomères est dégradé par des enzymes spécifiques. AH (-) + A(-)-B(-) + A(+)-B(-) sels diastéréoisomères de propriétés physiques différentes. par exemple) Schéma 4. C’est le cas pour les mélanges racémiques d’acides α-aminés naturels N-acylés. elle est destructrice avec perte de 50 % du mélange. soit par précipitation et filtration. soit par extraction par un solvant ou évaporation du solvant s'ils sont solubles. celui qui est insoluble est filtré puis recristallisé pour le purifier.5 La résolution du racémique peut être biologique. La méthode est identique avec les racémiques de bases.5). mais dans ce cas.87 4. L’évaporation de la solution contenant le sel le plus soluble. La forme racémique du médicament correspondant obtenue par la synthèse classique nécessite donc une dose double de celle de l’énantiomère actif pour un effet identique ce qui est une aberration économique et explique l’intérêt de ne produire que l’énantiomère actif par synthèse asymétrique.5. En effet. soit par d'autres méthodes (chromatographie. Stéréoisomèrie-stéréochimie Cette méthode est basée sur les différences de propriétés physicochimiques des diastéréoisomères (§ 4. Lorsqu’une molécule chirale sous forme racémique possède une activité biologique. des techniques chromatographiques très spécifiques à tel ou tel type de structure chimique. L’action d’un acide fort sur ce sel. Si l’un des deux sels est nettement plus soluble que l’autre dans ce solvant.21) auxquels s’apparentent les sels d’acides chiraux et de bases chirales (schéma 4. 5.17 – Pourcentage énantiomérique Pour un mélange de deux énantiomères R et S. le pourcentage énantiomérique est pour l’énantiomère (R) : %(R) = R R+S .16 – Racémisation C’est la réaction qui permet le passage d’un composé chiral.6 Par exemple.7).5.88 Chimie organique 4.6). inactif sur la lumière polarisée rectilignement. Me Me Me Br R C C solvant polaire Et HO C R Br + HO Et Pr Et Pr et Me Pr C OH S Et carbocation Pr racémique HO Schéma 4.1.l)-lactique (sous forme de sel) HO C H CH3 Schéma 4.3) est racémisante parce qu’elle s’effectue via un carbocation plan qui peut ensuite être attaqué sur ses deux faces (schéma 4. optiquement actif. à un mélange racémique.7 4. O O O O C HO C H O -H + CH3 acide L(+)-lactique (sous forme de sel) + H+ CH3 C HO O H C OH C HO C CH3 O O C C CH3 retour de H+ d'un côté ou de l'autre du plan et O C O racémique acide (d. l’acide L(+)-lactique est facilement racémisé en présence d’une solution de soude en raison de l’équilibre avec la forme énolate de l’acide (figure 4. La réaction de substitution nucléophile monomoléculaire SN1 (§ 8. dans une réaction. le rendement optique est de 40 %.18 – Pureté optique Si dans un mélange de deux énantiomères R et S. par exemple de 70 %. la pureté optique.21 – Diastéréoisomères (couple de -) Un couple de diastéréoisomères est constitué de stéréoisomères qui possèdent au moins deux centres asymétriques. Si X conduit uniquement à l’énantiomère (d)-Y pur. optiquement pur. est : 100 × [α°] /[α°R]. X produit le racémique (d.l)-Y. Si.5. Lorsqu’une molécule possède « n » centres asymétriques ou chiraux avec n > 1. 4. enregistrés dans des conditions classiques.25). points d’ébullition.5. 4. avec R >S. conduit à un composé Y. donnée sous forme de pourcentage. 4.19 – Pureté énantiomérique ou excès énantiomérique (ee) Dans un mélange d’énantiomères R et S. la pureté énantiomérique en énantiomère R est donnée sous forme de pourcentage par l’équation : pureté énantiomérique en R % = (R . celles des diastéréoisomères sont différentes et ne présentent aucune relation entre elles comme deux com- . Si les activités optiques des énantiomères sur la lumière polarisée rectilignement sont opposées mais de même valeur absolue. dont la pureté optique est de 40 %. Stéréoisomèrie-stéréochimie Il est de 50 % pour chacun des énantiomères composant un mélange racémique.5. et ne sont pas images l’un de l’autre dans un miroir (définition inverse des énantiomères). bien que le rendement réactionnel soit. le réactif X. le rendement optique en cet énantiomère est de 100 %. mathématiquement possibles. l’activité optique enregistrée sur un polarimètre est [α°] alors que dans les mêmes conditions expérimentales. le rendement optique exprime le pourcentage de pureté optique d’un nouveau stéréoisomère issu d’une réaction faisant intervenir comme produit de départ. identiques. un stéréoisomère optiquement pur. car il peut exister pour certains de ces stéréoisomères des symétries moléculaires qui en réduisent le nombre (ex : formes méso § 4. 4.20 – Rendement optique Distinct du rendement réactionnel qui est le pourcentage de produit obtenu pur dans une réaction par rapport à la quantité théorique de ce même produit qui aurait du être obtenue. C’est rarement le cas. l’activité optique de l’énantiomère R pur est [α°R]. les énantiomères ont des points de fusion. et spectres physicochimiques.5.89 4. le rendement optique est de 0 %.S) (R + S) x 100 Elle a la même valeur que la pureté optique. il existe 2n stéréoisomères a priori. qui diffèrent entre eux par toutes leurs propriétés physiques. il n’en est pas de même des diastéréoisomères.5. avec R > S. Par exemple. par une réaction. Si. 5. Ce sont deux stéréoisomères configurationnels non symétriques par rapport à un plan.41) (voir aussi la convention de Fischer § 4. tous les carbones asymétriques portant les mêmes substituants ont des configurations absolues inversées.24).90 Chimie organique posés optiquement actifs mais de natures différentes. H3 C Br (R) CH3 Br (S) H Cl (S) (R) H CH3 H H 3C (2S.42 .3R)-2-bromo-3-chloro-butane couple de diastéréoisomères ne sont pas "image l'un de l'autre dans un miroir" Figure 4. Un cas particulier de couple de diastéréoisomères qui ne comportent pas de centres chiraux est celui composé de deux isomères géométriques cis et trans ou E et Z. Ils sont achiraux (figure 4. ce qui n’est pas vrai pour l’ensemble des carbones asymétriques du couple de diastéréoisomères.41 On peut remarquer que dans le couple d’énantiomères. 3S)-2-bromo-3-chloro-butane H Cl (2S. 3S)-2-bromo-3-chloro-butane H Cl (2R. Ils n’ont pas d’activité optique car le plan de la molécule sert de plan de symétrie. 3R)-2-bromo-3-chloro-butane couple d'énantiomères "images l'un de l'autre dans un miroir" H Cl Br H 3C (S) CH3 Br (S) (S) (R) H CH3 H H3 C (2S. Des exemples sont donnés pour le 2-bromo-3-chloro-butane (figure 4.42). Cl H C C C C Cl H (Z) Cl H Cl H (E) couple de diastéréoisomères Figure 4. plan de représentation CHO H CHO HO H HO CHO rotation de 90° CH2OH D-(-)-érythrose H OH H OH CH2OH H OH H OH CH2OH représentation de FISCHER (projections sur le plan de représentation) plan de représentation = plan de la feuille H H CHO CH2OH CHO H 109°28 HO H HO HO CH2OH H L-lyxose OH OH rotation de 90° puis projection sur le plan de représentation CHO H OH H OH HO H CH2OH représentation de FISCHER Figure 4. Emil Fischer. un chimiste allemant. et HO-CH2-(CHOH)n-CO-R. a proposé la convention suivante. à l’exception du premier et du dernier correspond à des projections sur le plan de représentation des liaisons C-C de la chaîne carbonée centrale. prix Nobel 1902.91 4. Tout trait vertical.22 – Convention de Fischer (représentation des sucres) Les formules générales des sucres acycliques sont : HO-CH2-(CHOH)n-CHO. avec R souvent égal à CH2OH.5. pour le plus grand nombre des cétoses.43). Le substituant terminal ayant le plus haut degré d’oxydation (CHO ou COR) est toujours situé à la partie supérieure de la représentation (figure 4. Stéréoisomèrie-stéréochimie 4.43 représentation de NEWMAN (conformation éclipsée) . Ils comportent plusieurs carbones asymétriques. pour les aldoses. appelée « projections de Fischer »: Tout trait horizontal correspond à une liaison située en avant du plan de représentation. Les premier et dernier traits verticaux correspondent à des substituants situés derrière le plan de représentation (ou de projection) de la chaîne carbonée centrale. Pour les représenter simplement. et D-riboses.45). CHO CHO H HO OH H CH2OH H H OH H OH OH CH2OH CH2OH D(+)-glycéraldéhyde ou D(+)-glycérose) HO CHO D(+)-érythrose D(+)-thréose CHO CHO CHO HO H H OH H HO H HO H CH2OH L(-)-glycéraldéhyde ou L(-)-glycérose CH2OH L(-)-érythrose CH2OH L(-)-thréose Figure 4. le (n-1)ième atome de carbone de la chaîne carbonée centrale. ce qui est totalement indépendant des lettres D ou L qui sont issues d’une convention de représentation. en représentation de FISCHER. c’est ce qui explique cette convention. parmi d’autres… . possèdant chacun un seul carbone asymétrique et définis comme les « bases stéréochimiques » des aldoses. Dans le cas des aldopentoses (figure 4.44 Le signe (+) ou (-) qui peut être remplacé par d ou l (dextrogyre ou lévogyre) correspond à l’activité optique du composé. On peut considérer que les aldoses dérivent tous des glycéraldéhydes D et L. ces derniers résultent d’additions successives de groupes « H-C-OH » ou « HO-C-H » entre la fonction aldéhyde et le reste de la molécule (figure 4. symétriques par rapport à un plan. L. L-ribose et L. en partant de CHO (groupe aldéhyde) pour les aldoses ou CO (de COR) pour les cétoses (dérivés de cétones). Par contre. Si. dans ces conditions. il est dit de la série L.et D-arabinoses et L. L. L.et D-lyxoses.ou D-xylose forment un couple de diastéréoisomères (non symétriques par rapport à un plan) au même titre que le L-arabinose et le L-xylose.44). le sucre porte au contraire un groupe OH à gauche.et D-xyloses. le sucre appartient à la série conventionnelle D. En effet. observée expérimentalement avec un polarimètre.92 Chimie organique Si. porte un groupe OH à droite. 8 stéréoisomères existent qui forment 4 paires d’énantiomères. 5. Stéréoisomèrie-stéréochimie couples d'énantiomères CHO CHO CHO H H OH HO H H HO H H OH HO H H HO H H OH H OH HO OH HO OH H H H CH2OH CH2OH CH2OH CH2OH L(+)-ribose D(-)-ribose D(-)-lyxose L(+)-lyxose CHO CHO CHO CHO HO CHO H OH H OH OH HO H HO H H OH HO H H OH HO H CH2OH CH2OH HO CH2OH D(-)-arabinose L(+)-arabinose D(+)xylose H OH H CH2OH L(-)-xylose exemples de couples de diastéréoisomères Figure 4.93 4. Le psicose est une des nombreuses exceptions à cette dénomination. puis les substituants H et NH2 à l’horizontal. voire plusieurs. Seule. on représente toujours ces acides avec les groupes COOH et R en vertical avec COOH toujours en haut de la représentation. Dans la convention de FISCHER. .23 – Convention de Fischer (représentation des acides D-aminés et acides D-alcools) Les acides α-aminés ou α-aminoacides ont pour formule générale: NH2-CH(R)-COOH.46 4. s’il est à gauche. l’acide D-aminé est dit de la série D. Le groupe cétonique occupe presque toujours la position 2.45 Les cétoses (figure 4. CH2OH CHO CH2OH O HO H H OH CH2OH D-xylulose CHO H HO H O OH HO H H OH H HO H H OH OH H OH OH CH2OH D-xylose H CH2OH D-lylose CH2OH D-psicose Figure 4. comme le xylulose. Quand NH2 est à droite.46) sont souvent désignés par le suffixe -ulose. dont les isomères de structure aldose sont le xylose et le lylose qui ont un carbone asymétrique de plus que le xylulose. Tous les autres acides α-aminés en possèdent un. il est de la série L. la glycine NH2-CH2-COOH (R = H). ne possède pas de carbone asymétrique. S’il est à gauche. Si le groupe OH est à droite de la représentation. de formule générale.94 Chimie organique COOH H2N α COOH H H R série L des acides α. 4.5.aminés α NH2 (R) H D(-)-sérine COOH H H R série L des acides α-alcools NH2 CH2OH R série D des acides α. hydroxy. l’acide D-alcool. L’oxydation spécifique et unique du groupe aldéhyde (oxydation chimiosélective) d’un sucre de série L peut conduire à un acide α-alcool de série D comme dans l’exemple présenté dans la figure 4.aminés COOH HO COOH COOH OH H (R) CH3 R série D des acides α-alcools OH H acide D(-)-lactique ATTENTION: CHO H HO OH COOH oxydation chimiosélective du groupe aldéhyde H H HO CH2OH OH H CH2OH série D des acides α-alcools série L des sucres Figure 4. Dans ce cas il ne peut pas exister de série D ou L (figure 4. est de la série D. le groupe NH2 des acides aminés est remplacé par un groupe OH. .24 – Projection de Fischer (cas général) D’abord utilisée pour la représentation des sucres. la projection de Fischer a été étendue à d’autres molécules en utilisant les mêmes principes que pour les sucres.48). des acides α-aminés ou des acides α-hydroxylés.47.47 Dans les acides α-alcools. il est de la série L. HO-CH(R)-COOH. Les deux carbones asymétriques portent les mêmes substituants. .49 On observe que dans la forme méso. les substituants du carbone 1 éclipsent les mêmes substituants du carbone 2.Composés de structures C(abc)-C(abc) où a. OH. en représentation de Newman. . COOH et c. Dans la figure 4. Il est achiral. b.48 4. et un plan ou un centre de symétrie moléculaire pour l’une de ses conformations. Stéréoisomèrie-stéréochimie H3C H CN CN CN H CH3 H3C H3C H H C 2H5 H CH3 H3 C H C2H5 C2H5 2. c représentent des groupes substituants différents entre eux.49).95 4.25 – Forme méso C’est un stéréoisomère qui possède au moins deux centres chiraux. a peut représenter H. Il est inactif par compensation interne sur la lumière polarisée rectilignement (optiquement inactif).3-diméthyl-pentanenitrile Figure 4. Plusieurs exemples de stéréoisomères de forme méso sont présentés ci-après (figure 4. b.5. COOH H Plan de symétrie H (R) (S) OH OH Cl CH3 H H CH3 Cl 2 (R) 1 CH3 plan de symétrie (S) H Cl CH3 H Cl COOH acide mésotartrique H OH OH CH3 Cl CH3 H COOH COOH Cl Cl Cl rotation H de C2/C1 H CH3 CH3 H H composé de forme méso forme méso Figure 4.49. de forme méso a donc une configuration R . Le carbone pseudo-asymétrique des composés A et B. Le carbone central de ces composés a un caractère particulier. Il en est de même de C et D.51. on obtient A. Les composés A et B d’une part et C et D. Les acides D. on dira qu’il s’agit d’un carbone pseudo-asymétrique. Il n’existe donc que deux composés méso.et L-tartriques forment un couple d’énantiomères. il possède deux groupes chimiques identiques C(H)(OH)-COOH. Cette impression ne doit pas faire oublier la convention de Fischer. Si ces deux configurations étaient les mêmes. par convention.96 Chimie organique Attention : certains composés de structure C(abc)-C(abc) semblent a priori possèder un centre de symétrie comme dans l’exemple présenté dans la figure 4.50 . un carbone de configuration R est prioritaire par rapport à un carbone de configuration S. il faut savoir que.et (L)-tartriques sont en arrière de la représentation. COOH COOH H HO (R) 2 OH (R) 1 H (S) 2 H HO H 1 COOH COOH acide L(-)-tartrique acide D(+)-tartrique HO H (S) OH HO H OH H COOH COOH HOOC OH H COOH Figure 4. mais dans la mesure où il existe une inversion de configuration de ces groupes (R) et (S). Par exemple. . Ce sont donc des composés achiraux. d’autre part. donc ce carbone devrait être achiral. En retournant B de 180° dans le plan de la feuille. le carbone serait achiral. les deux groupes COOH dans les acides (D). il existe a priori 8 stéréoisomères représentés dans la figure 4. sont des composés méso dans la mesure où ils admettent tous un plan de symétrie perpendiculaire à la chaîne carbonée qui contient les groupes H et OH du carbone central (images d’eux-mêmes dans un miroir).50.Composés de structure C(abc)-C(ab)-C(abc) Pour les composés de structure C(abc)-C(ab)-C(abc). et non de part et d’autre de celle-ci comme l’exige la présence d’un centre de symétrie. Pour définir sa configuration R ou S. Il en est de même de F et H. La figure 4. donc un seul couple d'énantiomères) Figure 4. S). Il reste donc uniquement deux composés symétriques par rapport à un plan.51 Les structures E et G représentent un même composé dans la mesure où une rotation de l’un d’eux de 180° dans le plan de la feuille conduit à la représentation de l’autre.97 4. et l’autre un composé acyclique dans lequel les deux centres chiraux sont éloignés de trois carbones. Il faut remarquer que le carbone central dans ces cas est un carbone achiral car les deux groupes C(H)(OH)-COOH ont des configurations identiques (R. Le carbone central est pseudo-asymétrique. par exemple G et H c’est-à-dire un couple d’énantiomères (acides trihydroxyglutariques D et L). . Stéréoisomèrie-stéréochimie OH COOH (S) HO H H OH HO H OH (S) COOH HO carbone pseudo asymétrique H COOH (R) COOH H OH HO H H H (R) COOH A (R) B H OH (S) COOH C forme méso inactif H (R) H carbone achiral HO (R) HO OH HO H HO (S) OH HO COOH E H HO OH H (R) COOH D COOH OH H (S) H inactif (S)H H HO forme méso COOH COOH COOH H (R) (R) OH HO H H H H COOH COOH F G acide L-trihydroxyglutarique COOH (S) H OH (S) OH COOH H acide D-trihydroxyglutarique E = G et F = H (superposables par rotation de 180° dans le plan de la feuille. hétérocycle oxygéné à trois chaînons.52 représente deux autres exemples de composés méso : un dérivé de l’oxirane. R ou S. Les structures de type C(abc)-C(ab)-C(abc) n’admettent donc que deux formes méso et un couple d’énantiomères soient 4 stéréoisomères et non 8. 98 Chimie organique plan de symétrie de la molécule Br O C R Me Me Et C R C C H2 C S Me Et Et Br Me Cl C H2 composés "méso" C S Me Et carbone pseudo-asymétrique Figure 4. deux groupes du premier carbone asymétrique éclipsent deux groupes identiques du second carbone asymétrique. il y aurait alors un plan de symétrie dans la molécule. en représentation de Newman.53 H CH3 H H Br Cl H CH3 CH3 H couple d'énantiomères de l'érythro-2-bromo-3-chloro-butane .52 4. et d’une manière plus générale. Dans l’érythrose.5.et D(-)-érythroses (composés A et B de la figure 4. CHO CHO H H H H R R OH HO OH HO S S CH3 H S H3C R B D(-)-érythrose H S A CHO CH2OH Cl R CH2OH HO HO Cl H CH2OH OH OH H H 3C H Br Br D C H H Cl Br H3C H 3C CHO CH2OH L(+)-érythrose formes érythro Figure 4.26 – Forme érythro Le préfixe « érythro » est donné à des couples d’énantiomères qui disposent de deux carbones asymétriques adjacents portant deux groupes identiques et qui ont des conformations éclipsées qui rappellent celles des L(+). Si le troisième substituant de chaque carbone était le même. dans les composés de forme érythro.53). l’érythro deviendrait méso. il n’existe aucune conformation qui permette que deux groupes identiques du premier carbone asymétrique éclipsent les groupes identiques du second carbone asymétrique.54 4. en représentation de Newman. et d’une manière générale dans les composés de forme érythro.55. . Stéréoisomèrie-stéréochimie 4.54).99 4. CHO CHO HO H H HO H S OH R H HO S H CH2OH A B HO H CH3 R R H Br Br C OH H H Cl D Cl Br H3 C H H CH3 H H CH3 Br Cl CH3 H CH3 L(+)-thréose D(-)-thréose OH OH S S H3C CHO CH2OH CHO CH2OH H OHC R OH CH2OH H OH CH3 Cl H HO HO H CH2OH CHO H H Br H3C H3 C H CH2OH H Cl CH3 CH3 Br H H Cl couple d'énantiomères de thréo-2-bromo-3-chloro-butane formes thréo Figure 4.5. Trois exemples sont donnés dans la figure 4.27 – Forme thréo Le préfixe « thréo » est donné à des couples d’énantiomères qui disposent de carbones asymétriques adjacents portant deux groupes identiques et qui ont des conformations éclipsées qui rappellent celles des D(-) et L(-)-thréoses (composés A et B de la figure 4. Dans le thréose.28 – Épimères (couple d’-) Un couple de diastéréoisomères qui ne diffèrent entre eux que par la configuration d’un seul stéréocentre sont appelés épimères.5. en solution. 5S. Le pourcentage d’épimérisation dépend du pH de la solution de (L)-mannose.55 4.29 – Épimérisation C’est une réaction qui permet l’inversion de configuration d’un seul stéréocentre parmi ceux présents dans un composé chiral. dans l’équilibre entre forme cétonique (ou aldéhydique) et forme énolique. soit un carbone asymétrique S. En effet. .-5-éthyl-2-méthyl-cyclohexanone Me et CH2OH Et (S) (R) H L(-)-glucose H O 2R. 5S-5-bromo-2-chloro-hexan-3-ol H CHO (R) OH H OH HO H3C (R) et HO H HO H HO H CH2OH L(-)-mannose (S) CH 3 H Et (S) OH H Br H (S) Me H et HO OH H 2R. La formation du L(-)-glucose correspond à une épimérisation du L(-)-mannose. équilibre céto-énolique. 5S. le retour de l’hydrogène porté par le carbone en α du groupe carbonyle peut s’effectuer en formant.100 Chimie organique HO H H Br H3C (R) (S) CH (R) 3 Cl H Cl 2R. Ce sont des réactions régiosélectives (la réaction est orientée sur un carbone particulier § 4. Un exemple classique d’épimérisation dans la série des sucres est lié à l’énolisation de la fonction aldéhydique -CHO. en quantités égales. Si. l’énolisation a été effectuée à partir de L(-)-mannose (figure 4.5.7) et stéréospécifique (§ 4.56). 5S-5-bromo-2-chloro-hexan-3-ol CHO (S) H H H (S) O 2S.6). les produits formés sont : 50 % du produit de départ et 50 % de L(-)-glucose. soit un carbone asymétrique R. 3R.-5-éthyl-2-méthyl-cyclohexanone couples d'épimères Figure 4. 3S. H * Cl composé chiral 2 carbones asymétriques ni plan ni centre de symétrie Cl * H composé achiral 2 carbones asymétriques plan de symétrie forme méso .56 4.Cyclopropane H Cl CH3 H * H CH3 H H Cl Cl * H Cl H H Cl * H Cl H H Cl H * H H Cl H * H H Cl H3C * H composé chiral 1 carbone asymétrique ni plan ni centre de symétrie composé achiral 2 carbones asymétriques plan de symétrie composé méso composé achiral pas de carbone asymétrique CH3 * H composé chiral 2 carbones asymétriques ni plan.30 – Chiralité des composés cycliques L’absence d’un axe alternant Sn ou plus simplement d’un centre de symétrie ou d’un plan de symétrie pour le composé cyclique le définit comme composé chiral. ni centre de symétrie. Stéréoisomèrie-stéréochimie H H O H C (R) OH H OH HO H HO H CH2OH forme aldéhydique a O H C H OH b HO H a OH b H O C (S) H OH HO H HO H HO H HO H CH2OH CH2OH forme énolique forme aldéhydique L(-)-glucose L(-)-mannose Figure 4.57. Quelques exemples sont donnés dans la figure 4. .101 4.5. ni centre de symétrie et la molécule a donc une chiralité. dans ce cas. la molécule est chirale.102 Chimie organique . En réalité. par compensation externe. Le passage d'une conformation à son inverse nécessite une très faible énergie ce qui conduit à un mélange constant de 50% de chaque conformation (racémique d.Cyclobutane Cl Me H Me Cl H H H H H Me Me Cl H H Cl composé chiral 4 carbones asymétriques ni plan ni centre de symétrie * H H Me composé achiral pas de carbone asymétrique centre de symétrie H * * * H Cl Me H H composé achiral pas de carbone asymétrique 2 plans de symétrie Cl Me H H Me Cl composé achiral pas de carbone asymétrique 2 plans de symétrie Cl . la conformation chaise n'a ni plan de symétrie.l) qui n'a finalement pas d'activité sur la lumière polarisée. Les deux conformations chaises inversées X et Y représentent un couple d'énantiomères (voir X et Y'). si A= B. la représentation plane classique permet de penser qu'il existe un plan de symétrie et la molécule est achirale.2-disubstitué A A A B B H A cis (X) B H (Y) H H B H (Y') H A=B si A = B = H. A A H H A H B trans B H forme préférentielle: e-e si A = B ou A = B : composé chiral.Cyclohexane 1. 2 carbones asymétriques B . et qui n'est pas résolvable. si A = B : composé chiral. les cyclohexanes 1.103 4. cis ou trans. Stéréoisomèrie-stéréochimie .4-disubstitué B B A cis A H A H B H H A trans si A=B.Cyclohexane 1.57 B . forme méso.3-disubstitué A A B B cis B H A H H H forme préférentielle: e-e si A = B : composé achiral. 2 carbonesasymétriques: composé chiral 2 carbones asymétriques ni plan. ni centre de symétrie B H formes équivalentes si A = B . 2 carbones asymétriques.Cyclohexane 1. Figure 4.4-disubstitués ont un plan de symétrie: ils sont achiraux. pas de forme préférentielle A B H A H B H forme préférentielle: e-e A = B ou A = B. 2 carbones asymétriques A A H trans H H A B B si A = B ou si A = B. la progestérone.5.58 La décaline représente les deux premiers cycles A et B du système tétracyclique du cholestane et du coprostane (§ 4. 8a 7 2 5H2 8a A 4a 3 6 4a 4 5 H H 1 8 B A et B H naphtalène H décaline cis décaline trans Figure 4. à la jonction des deux cyclohexanes. . B et C) et un cyclopentane (cycle D) accolés (structures dont dérivent le cholestérol et des hormones stéroïdes comme la testostérone.5.58).32) constitué de trois cyclohexanes (cycles A. l’estradiol (figure 4.104 Chimie organique 4. Ces décalines diffèrent par les positions relatives des hydrogènes liés aux carbones qui joignent les deux cycles numérotés 4a et 8a (figure 4. La décaline trans est formée à partir d’une molécule de cyclohexane en utilisant deux liaisons équatoriales en positions trans de deux carbones adjacents : il reste donc deux liaisons en position trans sur les deux atomes de carbone.59)) : C A D H Me Me Me Me B H Me système tétranucléaire des stéroïdes HO O Me Me OH Me Me H H H cholestérol H H H H H testostérone H H O O Me OH Me progestérone H HO estradiol Figure 4.31 – Décalines cis et trans L’hydrogénation totale du naphtalène conduit aux décalines cis et trans.59 La décaline est constituée par deux cycles accolés qui ont donc en commun deux atomes de carbone. ce sont les liaisons aux hydrogènes liés aux carbones 4a et 8a. les deux liaisons restantes du cyclohexane A (axiales) sont en position trans. Figure 4.32 – Configurations D et E des substituants (dans les stéroïdes) Un substituant est dit en position D si la liaison qui le porte est dirigée vers le dessous de la représentation. elles représentent deux configurations de cette molécule (figure 4.61) appartiennent à la série dite « allo » des stéroïdes.105 4. et inversement pour un groupe E. A la jonction des deux cycles. une axiale et une équatoriale. A la jonction des deux cycles.5. on obtient la décaline cis. une axiale et une équatoriale sur chacun des deux carbones adjacents d’un premier cyclohexane.60 4. Il est impossible de passer de l’une à l’autre par des rotations autour de liaisons σ. les deux liaisons restantes du cyclohexane B sont en position cis.60). puis de construire le second cyclohexane « chaise » à partir de ces deux liaisons. Il suffit d’utiliser deux liaisons en positions cis. les deux décalines cis et trans ne sont pas des conformères. décaline trans A A décaline cis B axiale équatoriale B axiale équatoriale A B B équatoriale A axiale axiale équatoriale Le cyclohexane B est formé à partir de 2 liaisons équatoriales (trans) du cyclohexane A. une axiale et une équatoriale. . (Hydrogènes non figurés) Le cyclohexane A est formé à partir de deux liaisons en position cis du cyclohexane B. Les composés dérivés du 5D-cholestane (figure 4. Stéréoisomèrie-stéréochimie En faisant l’inverse. Bien que formées à partir de conformations « chaise » du cyclohexane. β β α β 10 A β α β β α 7 2 4 β 3 8 α B 6 5 C 9 β β 11 β 1 β α 12 R 13 α D 14 15 α α α β α 18 12 1 2 11 19 9 10 A 3 4 5 B 17 13 C 14 D 5β-cholestane 16 15 8 7 6 Figure 4. et cis pour 5β-cholestane). Ces deux séries diffèrent par le type de jonction entre cycles A et B (trans pour 5α-cholestane.106 Chimie organique β α β α β β β 5 α α 7 17 15 14 β α 6 D α 8 9 B R 13 12 C α 4 α α β 10 1 A β β β β 2 3 11 α 16 α 18 12 17 11 19 1 9 2 13 C 14 5α-cholestane D 8 10 A A/B: trans B/C: trans C/D: trans 15 B 5 3 16 7 4 6 Figure 4.61 Les dérivés du 5E-cholestane (coprostane) (figure 4.62 A/B: cis B/C: trans C/D: trans 17 16 .62) appartiennent à la série dite normale des stéroïdes. et la forme acyclique. Le passage des formes cycliques α aux formes cycliques β se fait via la forme acyclique. la réaction est intramoléculaire et conduit à un équilibre entre les formes cycliques. Stéréoisomèrie-stéréochimie 4.2. Chau.8 Cette réaction s’applique en particulier aux sucres. Une des conséquences de la cyclisation des sucres est la création d’un carbone asymétrique supplémentaire par rapport à ceux du sucre acyclique. et dont les configurations définissent les formes cycliques α ou β d’un sucre donné.107 4. appelé carbone anomérique. EDP Sciences.33 et 4. avec ou sans catalyseur acide ou basique.5.34 sont rédigés d’après l’ouvrage « Chimie organique hétérocyclique » par l’auteur et F. Dans ce cas.8) est une réaction d’addition équilibrée d’un alcool sur un aldéhyde ou une cétone (§10. 2003).33 – Furanoses et pyranoses (représentation en perspective de Haworth) (Les paragraphes 4. La réaction d’hémiacétalisation (schéma 4. .3). O R C O + R-O-H C O-H hémiacétal Schéma 4. pyranoses (D et E) et furanoses (D et E) dans la majorité des cas.5. C’est la mutarotation des sucres.5. qui s’effectue dès 25°C pour les aldéhydes. les réactions intramoléculaires d’hémiacétalisation. couple de composés anomères.5% OH 1 HO H OH H OH OH H 4 4 1 1 < 1% OH 2 OH α-D-glucofuranose O 2 OH 6 CH HO H O 4 OH 3 H OH 1 <1% 2 OH β-D-glucofuranose (représentations selon Haworth) 2 3 OH OH H O H 4 H OH 5 CH OH 6 2 HO 2OH 5 HO 1 HO H H 1 2 3 H OH H O 4 OH 5 6 CH2OH (représentations selon Fischer) Schéma 4. entre les groupes OH en position 4 ou 5 et le groupe carbonyle aldéhydique. et le E-D-glucopyranose ou E-D-glucose. .108 Chimie organique Mutarotation du D-glucose acyclique D-glucose acyclique α-D-glucose β-D-glucose α-D-glucofuranose β-D-glucofuranose H 6 CH OH 2 O 5 H O 6 CH2OH H 1 H H 3 H H OH 2 HO OH 4 OH 5 CH2OH 6 5 H D-glucose OH H O 3 HO H H 2 3 4 H H H OH OH 5 CH OH 6 2 OH HO 3 H 5 H O 4 OH 3 5 4 H H 4 H O OH H OH H OH O 5 CH2OH 6 H CH2OH H 1 6 CH2OH HO OH 3 H OH OH OH H 1 2 β-D-glucopyranose ou β-D-glucose HO H 2 HO H OH O C 1 H 2 OH 1 H 1 63. l’D-D-glucofuranose et le E-D-glucofuranose.9). ou un cycle furanique minoritaire (< 1 %). l’D-D-glucopyranose ou D-D-glucose. conduisent à un cycle pyranique majoritaire (99 %).5% OH 5 6CH2OH HO O OH 5 4 6 O 4 H 6 CH2OH 3 3 α-D-glucopyranose ou α-D-glucose (rotation autour de la liaison C4-C5) OH H 4 5 2 HO H OH 2 OH H HO 3 2 3 H 6 HOCH2 HO H 1 35.9 Dans le cas du D-glucose (schéma 4. autre couple de composés anomères. et selon la convention de FISCHER. et numérotés 2 pour les cétoses (pour des raisons évidentes d’écriture cette règle n’est pas toujours respectée dans les disaccharides ou polysaccharides). aldohexoses.63).et β-L-anomères ont le groupe OH qui substitue le carbone anomérique. Dans les formules en perspective de Haworth. dont les formations pourraient être envisagées par la même réaction d’hémiacétalisation. L’oxygène est alors situé derrière les carbones cycliques et ces derniers sont numérotés dans le sens de rotation des aiguilles d’une montre.et β-L-glucopyranoses (appelés aussi α. Les carbones asymétriques des substituants en position 4 (furanoses) ou 5 (pyranoses). représenté en dessous du cycle de représentation. Les substituants du cycle sont représentés au-dessus ou au-dessous du plan du cycle.7°.2° D mélange à l'équilibre = + 52. Dans ces conditions.2°. les carbones anomèriques dérivés d’aldoses. Stéréoisomèrie-stéréochimie L’α-D-glucose préparé par synthèse en solution aqueuse fraîche a un pouvoir rotatoire [α]20D = +112. formés respectivement à partir d’hexoses et de pentoses.7°. Il en est de même pour les β-D. et de D-glucose (0.109 4.7° β-D-(+)-glucose (solution fraîche) = + 18.et β-L-glucoses) et des αet β-L-glucofuranoses. les tétrahydropyranes et tétrahydrofuranes sont inscrits dans des plans perpendiculaires à la feuille de représentation. le β-D-glucose a un pouvoir rotatoire [α]20D = +18. La formation de furanoses et pyranoses est privilégiée en raison de leur stabilité par rapport à d’autres cycles plus petits ou plus grands. Les D-hexo.et D-pentopyranoses. et en position 5 pour les pyranoses (R et S).02 %) acyclique. et inversement pour les L-hexo. et inversement dans les séries « β ». L’α-D-glucopyranose est l’inverse optique de l’α-L-glucopyranose. ont le groupe CH2OH au-dessus du plan.et L-pentopyranoses. numérotés 1. α-D-(+)-glucose (solution fraîche) α 20 = + 112. La solution est alors constituée d’environ 35. Après une suite continue de passages de l’une des formes cycliques de départ à l’autre via la forme acyclique. Ceux des carbones 1 et 4 des furanoses et des pyranoses dérivés d’aldoses. alors que dans les mêmes conditions. sont représentés selon la convention de Fischer des sucres linéaires (ex : α-D-glucofuranose). L’anomère est dit D lorsque la configuration du carbone anomèrique est différente de celle du carbone en position 4 du cycle pour les furanoses. Le 1 % restant est formé en grande partie d’α. sont dans le plan de la feuille de représentation. et inversement pour les anomères E. Les aldopentoses. étant à droite de l’atome d’oxygène. . dans la mesure où il en existe. mais moins stables. les αD.5 % β-glucose. Les sucres cycliques dérivés d’aldoses ou de cétoses sont représentés selon leurs formules en perspective de HAWORTH.et β-L-pyranoses (figure 4. cétopentoses et cétohexoses donnent lieu à la mutarotation. le même phénomène de mutarotation est observé avec le L-glucose.et β-D-glucofuranoses. Dans les séries « α » le OH anomérique (C-1) est du côté opposé à CH 2OH par rapport au plan de la représentation de Haworth. avec formation des α.5 % d’α-glucose et 63.7° Evidemment. l’équilibre est atteint et la solution dans l’eau de l’un ou l’autre anomère a un pouvoir rotatoire de [α]20D = + 52. 10) qui conduit principalement.63 La mutarotation des cétoses conduit à des hémiacétals.et au β-D-fructofuranoses.10 1 HO 2 HO H 4 H CH2OH H OH 5 6 CH2OH (Fischer) O . par mutarotation. 6 CH2OH 1 O CH2OH 5 1 2 HO 3 H 4 H 5 O H OH OH 6 CH2OH H 5 H OH 3 4 OH H 4 H OH 3 OH 4 CH2OH CH2OH OH OH HO 1 6 2 O 1 CH2OH HOCH2 2 HO 2 3 H O 5 OH α-D-fructofuranose 6 CH2OH 6 CH2OH H OH O D-fructose 5 HO 2 3 CH2OH 4 3 1 OH β-D-fructofuranose (Haworth) Schéma 4.110 Chimie organique 6 5 R 4 CH2OH CH2OH O 3 1 S OH O OH R 2 OH OH OH OH OH OH β−D-glucopyranose α-D-glucopyranose OH R OH O OH O CH2OH OH CH2OH OH OH OH OH β-L-glucopyranose α-L-glucopyranose Figure 4. à l’α. c’est le cas du D-fructose (schéma 4. Les pyranoses ont des conformations comparables à celles du cyclohexane. l’α-D-idose et l’α-D-altrose ont aussi cette conformation (figure 4. Pour éviter des interactions fortes entre ce groupe et les groupes OH qui substituent les autres carbones du cycle. Par exemple. ont plutôt une conformation 1C4. . Dans les D-hexopyranoses. Deux conformations « chaise » s’interconvertissent par simples rotations autour des liaisons interatomiques du cycle. la numérotation des carbones 1 et 4. en indice haut ou bas selon leur disposition dans la conformation « chaise » retenue.65). On distingue les conformations « chaise » 1C4 et 4C1 où C indique qu’il s’agit d’une conformation « chaise » (figure 4.64 La représentation de Haworth ne permet pas de savoir si un substituant est axial ou équatorial. 1C4 signifie que les carbones 1 et 4 sont respectivement au-dessus et au-dessous du plan moyen de la molécule. ce que n’indique pas la représentation de Haworth. le groupe hydroxyméthyle est le substituant le plus volumineux de la molécule. selon la représentation de Haworth. situé sur C-5. a4 4 a1 a5 e5 a2 O e4 e3 e1 a5 e2 a3 O e1 e2 e4 1 e3 4 a1 4 C 1 a3 e5 a2 a4 1 C 1 4 Figure 4. et les chiffres. Les D-hexopyranoses. et dans de nombreux cas. la conformation 4C1 est privilégiée et le groupe CH2OH est en position équatoriale.111 4. Les L-hexopyranoses qui ont le groupe hydroxyméthyle inversé par rapport aux D-hexopyranoses.64). Stéréoisomèrie-stéréochimie Les tétrahydropyranes et tétrahydrofuranes ne sont pas plans. l’une de ces conformations prédomine parce qu’elle apporte plus de stabilité à la molécule. la conformation la plus stable dans la plupart des cas est la conformation « chaise ». 112 Chimie organique HO H HO H 4 H HO HO O 1 H H O HO H H 4 1 OH H OH HO H H OH α-L-glucopyranose α-D-glucopyranose 4C HO 1C 1 4 HO HO H H OH O H OH HO 4 OH O OH H 4 HO H H 1 H 1 H H HO H HO α−D-altropyranose α−D-idopyranose 1 C4 1 C4 Figure 4. .65 Pour les glucofuranoses qui ont des conformations en « enveloppe » en solution (figure 4. en partie. OH 3 5 CH(OH)-CH2OH H O 4 H H 1 2 HO OH signe indiquant que l'orientation du groupe OH n'est pas précisée Figure 4. l’α-D-glucose a le groupe OH anomérique à droite de la projection de Fischer et à gauche pour l’α-L-glucose. les groupes OH en positions 2 et 3 sont axiaux et le groupe -CH(OH)CH2OH sur C-4 est axial ce qui crée une forte interaction entre ces deux derniers groupes : cette gêne stérique pourrait expliquer. Cela peut être généralisé à tous les sucres des familles D et L.66). le déplacement de l’équilibre vers la formation des glucopyranoses à partir des glucofuranoses produits au début de la mutarotation du glucose.66 Dans la représentation selon Fischer. par action du méthanol en milieu acide.113 4. et ils prennent simplement le nom du sucre (ose) linéaire (qui devrait être précédé normalement de α ou β). conduit au méthyl-D-glucopyranoside ou méthyl-D-glucoside (schéma 4. Le remplacement de l’hydrogène du groupe OH porté par le carbone anomérique d’un D-glucopyranose par un groupe méthyle. CH2OH O OH OH CH2OH O OCH CH2OH O + CH3OH OH OH α-D-glucopyranose H+ et OH OH OCH3 OH 3 OH OH OH méthyl-α-D-glucoside méthyl-β-D-glucoside Schéma 4. . H OH H OH HO H H H H O HO OH H OH OH OH H H OH H HO O H OH CH2OH β-D-glucose D-glucose CH2OH O CH2OH O OH OH ou HO OH OH OH OH HO CH2OH O ou HO H H H CH2OH α-D-glucose OH HO H CH2OH CH2OH O O HO OH OH OH OH OH Figure 4. les termes pyranoses ou furanoses (écrits parfois pyrannoses et furannoses) sont assez souvent délaissés.67 Note : en biologie.11).11 Le retrait d’un groupe hydroxy sur un carbone du cycle fournit un composé « désoxy » (figure 4.67). Stéréoisomèrie-stéréochimie Une autre représentation directement liée à celle de Haworth consiste à regarder le sucre cyclique au-dessus du plan moyen des molécules (figure 4.68). Y.5. On peut généraliser cette définition à des composés ayant sur un carbone deux groupes identiques Z à la place des hydrogènes et deux groupes différents X.34 – Prochiralité Si un carbone porte deux substituants différents et deux hydrogènes. .68 4.12 Cette notion a beaucoup d’importance pour les réactions enzymatiques car les enzymes sont capables de distinguer les hydrogènes prochiraux R et S d’un carbone et d’intervenir sur l’un ou l’autre de manière spécifique. l’hydrogène ainsi remplacé est dit prochiral R (Pro R) ou S (ProS). Le remplacement d’un de ces deux hydrogènes par un isotope comme le deutérium conduit à un carbone chiral R ou S. 3 remplacement de Ha par D Ha Cl C D 1 Cl H 3C carbone prochiral Hb 4 2 H3C Hb Ha et Hb sont prochiraux remplacement de Hb par D Ha est prochiral (S) noté Pro S C (S) Ha 4 1 Cl C (R) H 3C 2 Hb est prochiral (R) noté Pro R D 3 Schéma 4.12).114 Chimie organique CH2OH O CH2OH O OH OH 1 2 OH 2 OH OH β−D-ribose β−D-2-désoxyribose Figure 4. il est dit prochiral (schéma 4. En fonction du résultat obtenu. Dans la mesure où les substituants de ces fonctions sont différents. thiocétones. définies selon la méthode donnée pour les isomères géomètriques E et Z. échange de COOH (1) par Cl HOOC groupes énantiotopiques HOOC (1) C (R) H C HOOC (2) H Cl CH3 échange de COOH (2) par Cl HOOC H C (S) Cl CH3 CH3 couple d'énantiomères Schéma 4. par deux autres groupes de même nature Z (COOH dans l’exemple donné) et différents de X et Y (schéma 4. et inversement pour la face Si. on peut distinguer deux faces qui correspondent à la face Si et à la face Ré (schéma 4. L’échange de l’un de ces deux groupes identiques Z (groupes énantiotopiques) par un atome ou groupe différent de X et Y crée un énantiomère dont la configuration est inverse de celle du stéréoisomère obtenu par la même substitution effectuée sur l’autre groupe Z.115 4.14).5.13 4. Son inverse optique résulte de la substitution par le même substituant de l’autre hydrogène.5. Le remplacement d’un hydrogène énantiotopique d’un carbone CH2(X)(Y) par un substituant différent de X et de Y conduit à un énantiomère. comme les cétones. 4. Stéréoisomèrie-stéréochimie 4.13). En fonction de leurs priorités relatives.35 – Énantiotopiques (hydrogènes) Enantiotopique est un terme équivalent à prochiral pour les hydrogènes. Pour cela. .5. Si on tourne dans le sens des aiguilles d’une montre.37 – Énantiotopiques (faces) L’hybridation sp2 du carbone conduit à des alcènes ou des fonctions inscrites dans un plan. la face est dite Si ou Ré. ou les imines. et du sens de rotation 1→ 2→ 3. soufre ou azote selon le cas). et les deux substituants de ce carbone. d’une part. par deux groupes X et Y différents entre eux (H et CH3 dans l’exemple donné) et. thioaldéhydes.36 – Énantiotopiques (groupes) Soit un carbone substitué. la face est Ré. on considère le triangle placé devant l’observateur et formé par l’élément doublement lié au carbone sp2 (oxygène. aldéhydes. d’autre part. Si aucune condition expérimentale particulière n’est prise. 4. Certaines enzymes reconnaissent la face du côté de laquelle une réaction sera produite.14 L’attaque d’un réactif sur l’une ou l’autre face conditionne la configuration du composé formé. les attaques se font à 50 % sur chaque face produisant un racémique.38 – Diastéréotopiques (hydrogènes) C’est une définition proche de celle des hydrogènes énantiotopiques. Elle s’applique à des molécules de formule générale CH2(X)(Y) pour lesquelles un substituant X ou Y porte un carbone asymétrique de configuration donnée.5. L’échange de l’un des deux hydrogènes de la formule par un substituant différent de X et Y conduit à la formation . C’est le cas d’oxydo-réductases lors de la réduction de fonctions cétoniques.116 Chimie organique 1 O 1 O C C rotation 3 H 3C 2 C 2H 5 Face énantiotopique Ré 3 CH3 2 C2H5 de 180° (hors du plan) Face énantiotopique Si O C CH3 H H C2H5 attaque de la face Ré attaque de la face Si puis H+ H puis H+ HO OH C (S) C 2H 5 H C (R) CH3 C2H5 CH3 couple d'énantiomères Schéma 4. L’échange de l’autre hydrogène diastéréotopique conduit à l’autre diastéréoisomère (schéma 4.15 4.5.40 – Diastéréotopiques (faces d’un plan) C’est la même définition que pour les faces énantiotopiques. la même réaction d’addition sur chacune des faces du plan conduit à un couple de diastéréoisomères. Br H (S) hydrogènes diastéréotopiques H HOOC H HOOC (S) H 3C CH2Cl (S) H H3 C couple de diastéréoisomères CH2Cl H H Br (R) HOOC CH2Cl (S) H H3 C Schéma 4. Stéréoisomèrie-stéréochimie d’un nouveau carbone asymétrique et à un diastéréoisomère. l’échange de chaque groupe COOH par un atome ou un groupe Z doit conduire à un couple de diastéréoisomères. . comme dans l’exemple du schéma 4. toutefois. Me Echange de COOH (1) par COOEt Me HOOC groupes diastéréotopiques (1) HOOC (2) Br (S) H C EtOOC (1) Br (S) H C HOOC (R) H (2) H Me HOOC acide 2-(3-bromo-butyl)-malonique Echange de COOH (2) par COOEt (1) EtOOC (2) Br (S) H C (S) H couple de diastéréoisomères Schéma 4.117 4. Soit la molécule.5.15). C(COOH)2(X)(Y).16 4.16.39 – Diastéréotopiques (groupes) C’est la même définition que pour les groupes énantiotopiques à la différence près que leur échange crée un couple de diastéréoisomères. tandis qu’un composé méso.17 . – que le produit final soit spécifique. H HOOC H H C (S) C HOOC Br COOH acide maléique (isomère Z) 50% (S) Br H COOH Br COOH H Br2 attaque des deux côtés du plan H (R) HOOC 50% (R) Br mélange racémique acide (d. il faut : – que le produit de départ soit un stéréoisomère bien défini et.3-dibromo-succinique H Br H COOH C HOOC C Br2 H attaque des deux côtés du plan acide fumarique (isomère E) (R) H HOOC HOOC H Br COOH (S) Br Br COOH H composés identiques forme "méso" acide (méso)-2.2) conduit à un mélange racémique d’acide (d. du composé de départ.6 Stéréospécifique (réaction -) Pour qu’une réaction soit qualifiée de stéréospécifique. soit un mélange racémique défini parmi ceux. Ce sera soit un stéréoisomère unique ou très majoritaire parmi les composés finaux.118 Chimie organique 4.17). sur les acides maléiques (isomère Z) et fumarique (isomère E).l)-2. dont le mécanisme n’est pas indiqué ici (voir § 9. a priori.1. Un des exemples les plus classiques concerne l’addition de brome sur les composés éthylèniques (schéma 4.3-dibromo-succinique Schéma 4. La réaction. sur le plan stéréochimique. possibles. l’acide (méso)-2.3-dibromosuccinique résulte de cette addition sur l’acide fumarique.l)-2.3-dibromosuccinique avec l’acide maléique. et en particulier. Chaque stéréoisomère du produit de départ conduit à un composé qui est.7 Stéréosélective (réaction -) Une réaction est stéréosélective si on observe une sélectivité sur la nature stéréochimique des composés formés.19) car elle conduit de manière préférentielle au trans-1.18). L’action de l’azidure de sodium sur le (S)-2-bromo-butane conduit au (R)-2-azido-butane.18 4. est stéréosélective. Une réaction qui ne fournit qu’un seul stéréoisomère ou l’un de ceux possibles. et inversement.119 4. elle est stéréosélective.2-dibromopropène et non au cis-1. un stéréoisomère spécifique (schéma 4. Elle n’est pas stéréospécifique puisque ce résultat ne dépend pas de la nature d’un stéréoisomère de départ. uniquement ou majoritairement. Par exemple. La prééminence d’un stéréoisomère par rapport à un autre possible est souvent liée à sa plus grande vitesse de formation ou à l’approche spatiale favorisée d’un réactif vis-à-vis du groupe fonctionnel attaqué. Si une réaction ne fournit qu’une partie des stéréoisomères théoriquement possibles. Ces réactions sont donc stéréospécifiques. le (R)-2-bromo-butane est transformé par cette même réaction en (S)-2-azido-butane.NaBr (SN2) Et 2-bromo-butanes Me 2-azido-butanes Schéma 4. H H NaN3 Br Et (S) Me H Me Et N3 (R) . Stéréoisomèrie-stéréochimie Le mécanisme de la réaction de substitution nucléophile bimoléculaire SN2 conduit à une inversion de configuration relative du composé de départ. par contre les produits formés sont des stéréoisomères dont la nature est spécifiqure de cette réaction. majoritairement. Toute réaction stéréospécifique est stéréosélective mais l’inverse n’est pas obligatoire. pour chacun d’eux.NaBr (SN2) H NaN3 Br (R) Et Me N3 (S) . Le composé de départ n’est pas nécessairement un stéréoisomère.19 . Br Me C CH méthylacétylène ou propyne Br2 Me Br H C C et Br Br C Me C H (composé possible) composé formé Schéma 4.2-dibromopropène (composé dont la formation est a priori possible théoriquement). l’addition de brome au méthylacétylène est stéréosélective (schéma 4. On peut définir l’induction asymétrique comme un moyen de contrôle de la stéréosélectivité d’une réaction. ioniques) à ce métal.20). Un groupe chiral appelé « copule chirale » est lié au réactant ce qui apporte une gêne stérique durant la réaction et favorise la formation d’un ou plusieurs centres chiraux de configuration(s) donnée(s) (schéma 4. empêche ou diminue la formation de l’un des énantiomères normalement possibles. la réaction est orientée vers la formation d’un seul énantiomère. La copule chirale est ensuite extraite du diastéréoisomère par une nouvelle réaction qui n’altère pas le ou les nouveau(x) centre(s) chiral(aux) ce qui permet d’obtenir finalement le produit souhaité de configuration définie. Elle résulte. En présence de catalyseur basique. comme l’acétate de dihydroquinine qui est un ligand du tétroxyde d’osmium. dans la plupart des cas. selon les conditions de la réaction (schéma 4. H MeO N acétate de (-)-dihydroquinine catalyseur Schéma 4. . Par exemple.120 Chimie organique 4.20 Certaines inductions asymétriques sont intramoléculaires. Un exemple est donné avec la copule chirale appelée 10. les alcènes monosubstitués sont dihydroxylés par action du tétroxyde d’osmium en composés glycoliques racémiques (addition cis). la réaction est énantiosélective et est le résultat d’une induction asymétrique. Un ligand est un composé organique capable de se fixer sur un composé métallique par divers types de liaisons (coordinence. de la présence dans le milieu réactionnel d’un catalyseur optiquement actif qui.2-bornane sultame.8 Énantiosélective (réaction -) Lorsqu’un composé achiral est transformé par une réaction en seulement un des deux énantiomères attendus. R C H OsO4 CH2 Et puis H2O H HO H C R CH2OH + HO H C CH2OH R L'un des deux glycols énantiomères est formé préférentiellement à l'autre selon les conditions AcO N expérimentales (induction asymétrique). par la gêne stérique qu’il crée par son interaction avec l’un des réactifs.21). chiral. Stéréoisomèrie-stéréochimie HN NH S S O O O O (-)10.121 4.2-bornane sultame (+)10. en est un exemple.22 H C (R) et Me a priori possible Et . La réduction d’une cétone dissymétrique en un alcool secondaire chiral. par la levure de boulanger. schéma 4.21 De nombreuses réactions enzymatiques sont énantiosélectives. riche en enzymes réductrices.2-bornane sultame copules chirales réaction normale (sans copule chirale) R1 HOOC OsO4 HOOC H OH R2 OH OH N S O O H COOH R1 O R1 R2 (racémique) réaction en présence d'une copule chirale O OH + H R2 H R1 OsO4 S O R2 N O R1 H R2 HOOC H H2O R1 R2 OH OH OH OH + NH S O O Schéma 4.22. O H réduction C Me Et enzymatique (levure de boulanger) HO OH C (S) Me Et unique énantiomère formé dans ces conditions Schéma 4. donc à divers diastéréoisomères possibles et que seuls. . Cette réaction d’élimination E2 (§ 11. H 3C C CH2 H 3C + H+ H3C H 3C CH3 C CH CH2 et H 3C H3C carbocation t-butyle très stable carbocation instable attaques possibles de H+ Isobutène C H 3C Br Br H 3C CH3 H3C CH CH2-Br Br très majoritaire bromure de t-butyle H 3C 1-bromo-2-méthyl-propane Schéma 4. la réaction est dite régiosélective si elle s’effectue préférentiellement sur l’un de ces sites en produisant majoritairement un seul de ces isomères structuraux.9 Diastéréosélective (réaction -) Lorsqu’un composé achiral conduit par une réaction à la formation de plusieurs centres chiraux. C’est donc lui qui est le produit majoritaire de cette réaction.122 Chimie organique 4. (ex: tétrahydroxylation des diènes dans les conditions indiquées ci-dessus avec le tétroxyde d’osmium). 4. certains d’entre eux sont réellement obtenus. chapitre 9).2) suit la règle de Saytzev qui définit l’alcène majoritaire dans ce type de réaction comme celui qui est le plus substitué (par des groupes alkyles).24). contre 5 pour le second alcène) et rend sa formation plus facile. L’attaque de la base est régiosélective. la réaction est diastéréosélective. en fournissant plusieurs isomères structuraux différents.23 Un autre exemple classique est la déshydrobromation du 2-bromo-2-méthylbutane en présence d’une base comme l’éthylate de sodium qui peut a priori conduire au 2-méthylbut-2-ène et au 2-méthylbut-1-ène (schéma 4. L’addition du bromure d’hydrogène sur un alcène dissymétrique en est un exemple classique. Le premier alcène est plus substitué par des groupes alkyles que le second.10 Régiosélectivité Lorsque l’action d’un réactif peut a priori s’orienter sur plusieurs sites distincts d’une molécule. L’orientation de la réaction est le résultat de la formation privilégiée du carbocation (§ 6.11.3) le plus stable dans la première partie du mécanisme (voir aussi les réactions d’additions sur les alcènes. ce qui le rend thermodynamiquement plus stable en raison des possibilités nombreuses d’hyperconjugaisons (9. 11 Régiospécificité Ce terme est souvent considéré comme synonyme de régiosélectivité bien qu’il existe une différence.12 Substituants « exo » ou « endo » (systèmes bicycliques) Les systèmes bicycliques résultant. Une réaction est régiospécifique si elle peut a priori former plusieurs isomères structuraux par des attaques possibles en plusieurs sites.123 4.24 4. Inversement. 4. mais ne fournit réellement et uniquement qu’un seul de ces isomères par une attaque spécifique d’un seul site. dans l’adduit « endo ». les substituants COOMe occupent les positions les plus proches du « pont » le plus petit. les substituants COOMe occupent les positions les plus éloignées du pont le plus petit. un recouvrement orbitalaire entre groupes COOMe et le système diènique au moment de la réaction de cycloaddition. et d’autre part. . Dans l’adduit « exo ». c’est l’adduit « endo » qui est formé de préférence à l’adduit « exo ».HBr H H H3C C (EtO Na ) H3C 2-bromo-2-méthyl-butane CH3 C 70% et H 2-méthyl-but-2-ène CH3 H2C C H3C C H 30% H 2-méthyl-but-1-ène alcène le plus substitué par des groupes alkyles (majoritaire) Schéma 4. ou en « trans » par rapport aux liaisons qui forment ce pont. d’une part. la cycloaddition du cis-but-2-ènedioate de diméthyle ou éthylène dicarboxylate de méthyle avec le cyclopentadiène conduit à un adduit (système bicyclique) « exo » et un adduit « endo ». d’une moindre gêne stérique dans le cas du l’adduit « endo ». par exemple. Stéréoisomèrie-stéréochimie H3C H 3C Br C CH3 C . Cette constatation a pris le nom de « règle endo ». Par exemple. Ceci résulte. d’un effet électronique. de réactions de Diels-Alder (§ 9. Pour les distinguer.10) peuvent être substitués par des groupes qui peuvent prendre deux configurations (schéma 4. ou en « cis » par rapport aux liaisons qui forment ce pont. Dans cette réaction.25). on utilise les termes « exo » ou « endo ». terpènes naturels (composés présents dans les huiles dites essentielles présentes dans certaines plantes comme le citron. Me Me Me H Me OH (exo) Me Me OH (endo) H isobornéol bornéol Figure 4. S. 4) le pont ayant le minimum de substituant(s). la lavande. le géranium…). et « exo » dans l’isobornéol (figure 4. N …. plusieurs « ponts » existent.25 Le bornéol et l’isobornéol. 2) le pont le plus petit. se distinguent aussi par la position d’un groupe OH. . 3) le pont n’ayant pas de double ou triple liaison (donc saturé).69 Si.69).124 Chimie organique H H COOMe H COOMe H H COOMe orientés vers l'extérieur du toit: H adduit "exo" + H H H cyclopentadiène substituants "exo" H COOMe H éthylène dicarboxylate de méthyle H COOMe (cycloaddition de Diels-Alder) substituants "endo" COOMe adduit "endo" orientés vers l'intérieur du toit: (majoritaire) Schéma 4. 5) le pont ayant les substituants dont les priorités sont les plus faibles (selon la méthode utilisée pour définir E et Z pour un alcène). Le groupe OH est en position « endo » pour le bornéol. le « pont » qui doit être considéré comme prioritaire pour désigner ensuite les groupes en position « endo » ou « exo » est défini selon l’ordre de priorité suivant : 1) un pont portant des hétéroéléments comme O. 71 . on peut généraliser les positions « exo » et « endo » selon la figure 4. Stéréoisomèrie-stéréochimie Lorsque les ponts sont de grandeurs différentes et ne comportent ni hétéroatomes. mais qui se différencient par la présence sur l’un d’eux d’une fonction (cétonique par exemple). le substituant est dit « endo » (proche) ou « exo » (éloigné) comme dans l’exemple présenté ci-dessous. et un autre pont substitué par un groupement (figure 4.70 Certains composés possèdent deux « ponts » d’égale importance. (exo) (endo) grand "pont" (CH2)x petit "pont" (CH2)y y>x Figure 4.70. Selon l’éloignement de ce groupement par rapport à cette fonction. ni substituants autres que ceux du pont le plus petit. exo endo O Figure 4.71).125 4. . ....................1 – Définition ..................................... 129 5....... 144 5.............. 137 5.......... 150 5................. 134 5............. 143 5..........5...............1 La liaison polarisée ..5..............2 – Atomes ou groupes à effet inducteur électroattracteur -I ......................... 133 5............6........................................................ 139 5............................5 – Transmission de l’effet inducteur à travers une chaine carbonée ...1 – Définition ......................4 Électronégativité des éléments ................................................. 131 5..............................................................................5b – A travers les liaisons π ....7 – Hydrogènes acides en α de groupes inducteurs -I .................................8 – Effet de champ ......... la résonance et les formes limites ..2 Moment dipolaire permanent d’une liaison ... 153 ......................................3 – Groupes à effet mésomère attracteur ou électroattracteur (à effet -M) .......5............. 144 5..................5 L’effet inducteur (ou inductif) ....................... 140 5.............................5........................................6............................... 130 5...6 L’effet mésomère.....................................5..........................2 – Groupes à effet mésomère donneur ou électrodonneur (à effet +M) ....................................... 133 5............. 129 5......5....................5......................................................................................3 – Groupes à effet inducteur électrodonneur +I ..............6.............................................Chapitre 5 Polarisation des liaisons Sommaire : 5.....6 – Additivité des effets inducteurs -I et +I ..................... 141 5............................5a – A travers les liaisons σ .............3 Moment dipolaire permanent d’une molécule .............5.. 136 5...................5..4 – Effet inducteur et influence sur les fonctions acides ou basiques ..... 142 5....................5........................................... 139 5.............................. .................................9 – L’aromaticité (règle empirique de Hückel) .............................6................. 167 5.....................12 – Orientations des réactions de substitution électrophile sur un benzène monosubstitué ........11 – Énergie de résonance des composés aromatiques ........7 – Hyperconjugaison ..............6 – Différences entre effet inducteur et effet mésomère d’un même groupe ... 171 .......................................... 159 5.............7 Equation de Hammett ...................................8 – Rotations autour des liaisons Ctrigonal-Z et Ctrigonal-Ctrigonal .4 – Exemples de composés mésomères particuliers .................. 155 5..... 164 5............128 Chimie organique 5.............................6..........................6.........................6..... 165 5............ 160 5.........................6... 169 5........... 157 5.... 157 5..........................6...............................................8 Les liaisons hydrogènes ..............6.................. 158 5......................5 – Énergie de résonance (ou énergie de délocalisation) ...........6......................10 – Composés cycliques polyèniques conjugués non aromatiques ............................................6............... de valeur absolue inférieure à celle de l'électron +δ C -δ F électrons de liaison plus proches du fluor que du carbone Figure 5. ce qui crée un dipole.129 5.1 Par exemple (figure 5. Elle est le produit de la valeur absolue de la charge q (en rapport avec celle de l’électron = 4. les électrons de liaison sont alors attirés ou repoussés vers l’un ou l’autre des atomes de brome. et selon qu’elle est positive ou négative. La polarisation permanente d’une liaison (au repos.2 Ce mouvement électronique qui résulte de l’approche d’une charge peut affecter aussi des liaisons en chimie organique soit en augmentant. Par contre. Br Br Y +δ Br -δ Br Figure 5.8).2).5. Par exemple. Polarisation des liaisons 5. soit en diminuant le moment dipolaire permanent (effet de champ § 5. et par conséquent les électrons de liaison sont situés au centre de la liaison.1 La liaison polarisée Lorsque les deux éléments qui constituent la liaison portent chacun une charge partielle de signes opposés (inférieure en valeur absolue à celle d’un électron). la liaison C-F est toujours polarisée. avec un moment dipolaire induit. Lorsqu’une charge s’approche de la molécule de brome (figure 5.2 Moment dipolaire permanent d’une liaison Il est possible de calculer le moment dipolaire permanent P (en Debye) d’une liaison considérée comme indépendante des autres liaisons d’une molécule.8 × 10-10 unités .1). charges partielles. de même valeur absolue. la liaison est dite polarisée et possède un moment dipolaire. 5. la liaison qui unit deux atomes de brome est a priori non polarisée puisque les deux atomes qui la constituent sont identiques. le fluor porte une charge partielle négative et le carbone une charge positive. la polarisation induite résulte d’effets extérieurs à la molécule. sans effet extérieur) résulte de la dissymétrie électronique des atomes qui la constituent et de son environnement moléculaire. multipliée par la longueur de cette liaison l (en Å = 10-8 cm) : P=qxl Quelques valeurs peuvent être données : C-H (0.mètre.57 D .3 Moment dipolaire permanent d’une molécule La valeur du moment dipolaire permanent d’une molécule est obtenue par l’addition vectorielle des moments dipolaires permanents P des différentes liaisons qui la constituent. C-Cl (1.33 × 10-29 C.4 CH3 toluène µ = 0. car divers paramètres physico-chimiques de la molécule ne sont pas pris en compte dans ce calcul. du méthane. Cette valeur est très dépendante de la différence d’électronégativité (§ 5.m). c’est l’oxygène qui la porte).130 Chimie organique électrostatiques. Cl Cl Cl C Cl Cl Cl tétrachlorure de carbone µ=0 benzène µ =0 para-dichlorobenzène µ=0 Figure 5.4). des trans-dihalogénoéthylènes. 43 D N H pyrrolidine µ = 1.74D) (D = Debye). ues) portée par chacun des éléments qui forment la liaison. Ce calcul théorique est rarement en accord avec la valeur expérimentale.3 Certaines molécules symétriques ont un moment dipolaire nul bien que les dipoles permanents des liaisons qui les constituent aient des valeurs définies : ils s’annulent dans l’addition vectorielle. et de ses dérivés disubstitués en position para par le même atome ou groupe. Comme la plupart des composés de la chimie organique. figure 5.41 D). ont un moment dipolaire permanent (figure 5. du benzène.m.3. le toluène et la pyrrolidine (un hétérocycle). C’est le cas du tétrachlorure de carbone. 5. bien qu’elle s’en approche. C-O (0. C. 1Debye = 0.4) des éléments qui forment cette liaison (une autre unité est aussi utilisée : le Coulomb. moment dipolaire de liaison -δ O C H moment dipolaire moléculaire H H H +δ Figure 5. C-F (1.4 D). La valeur du moment dipolaire permanent P est accompagnée d’une flèche barrée qui permet de connaître les positions relatives des charges positive et négative : la flèche est dirigée vers la charge négative (dans le méthanol.46 D) C-N (0.22D). composés non symétriques. B portera une charge partielle négative -δ.1) pour un certain nombre d’éléments. les électrons de la liaison A-B vont être attirés. +δ Me H C Me H Me C H Me 2. isolé.3-diméthylbutane. une charge de même valeur absolue mais positive sur l’atome de carbone.4 Électronégativité des éléments Le recouvrement de deux orbitales appartenant chacune à deux éléments différents conduit à une liaison qui correspond à une orbitale moléculaire. En regardant le tableau 5. L’aptitude d’un élément à attirer vers lui les électrons de liaison est appelée électronégativité.1. en raison de la neutralité électrique de la liaison. Si ces deux éléments sont identiques. sur le groupe méthyle. dans la mesure où la molécule est considérée hors de son environnement chimique (autres molécules de même nature. moins électronégatifs. lui apporteront une charge partielle négative. la présence d’une charge négative partielle inférieure en valeur absolue à celle d’un électron sur l’atome de chlore. d’autre part. +δ.5 Par contre. laquelle a été ensuite revue et augmentée par Sanderson (1983) (l’indice « 4 » a été attribué de manière arbitraire au fluor). parfois dits électropositifs par rapport au carbone. peut perdre un électron à l’état gazeux). avec création d’un dipôle. Polarisation des liaisons 5. Cette propriété a d’abord été étudiée par Mulliken qui l’a définie comme la moyenne de l’affinité électronique de l’atome (qui mesure sa propension à gagner un électron) et du premier potentiel d’ionisation (qui correspond à l’aptitude avec laquelle le même atome. ou plus exactement. et par ailleurs substitués par les mêmes groupements (molécules symétriques) comme les carbones centraux du 2. mais positive. dans la mesure où c’est l’élément à plus forte électronégativité qui les attirera le plus. solvant…) et physique (charges portées par d’autres molécules. les électrons de liaison sont théoriquement au centre de la liaison. le doublet d’électrons qui forme la liaison entre le carbone et le chlore est soumis à des attractions différentes de ces atomes qui résultent de leurs configurations électroniques.3-diméthyl-butane H C −δ Cl H chlorure de méthyle Figure 5. ceux situés à sa droite. Il a un indice d’électronégativité supérieur à celui de A. Les électrons qui appartiennent à cette orbitale sont soumis à l’attraction qu’exercent ces deux éléments. Inversement. lesquels peuvent avoir une influence importante et repousser vers l’un des éléments le doublet de liaison. et A une charge partielle égale en valeur absolue à celle de B. on voit que tous les éléments situés à gauche du carbone dans les échelles de Pauling ou d’Anderson sont plus électronégatifs que celui-ci et apporteront dans leurs liaisons à cet élément une charge partielle positive.5). Considérons que c’est B. par exemple). Ce doublet est situé plus près du chlore que du carbone ce qui a pour conséquence d’une part. et. dans le chlorure de méthyle (figure 5. Ces échelles permettent de prévoir vers quel élément A ou B. Dans ce cas. .131 5. Pauling (prix Nobel 1954) a proposé une échelle d’électronégativité (tableau 5. 0 2.1 On peut remarquer que les éléments les plus électronégatifs sont situés dans la partie supérieure droite du tableau de Mendéléiev. groupes électronégativités CH3 C2 H 5 CH2Cl CHCl2 2.83 0. . Cl. Pour une famille d’éléments donnée.2 NO2 3.54 2.5 3.74 2.22 électronégativité décroissante Tableau 5.8 1.0 3.2 0.2 Enfin.32 0.2). l’électronégativité du carbone varie selon son état d’hybridation.5 2. Br. Par extension.1 2.27 Mg Na Cs 1.78 2.8 2. H H groupe phényle H H H Figure 5.5 2.19 3.14 1.22 Sanderson C H P B Si 2.6 L’étude des spectres 1H et 13C RMN (résonance magnétique nucléaire) des composés organiques apporte des informations importantes sur l’électronégativité des groupes qui les constituent.48 2. I).5 2.132 Chimie organique +δ A élément B plus électronégatif que l'élément A -δ B Eléments Echelles F O Cl N Br S I Pauling 4.47 3.9 0.1 2. on peut calculer l’électronégativité de groupes dérivés d’un élément (tableau 5.0 3. L’ordre dans lequel l’électronégativité décroit est le suivant : carbone hybridé « sp » > carbone hybridé « sp2 » > carbone hybridé « sp3 ». elle décroît du haut vers le bas du tableau (ex : F.7 2.5 4.65 3.71 (figure 5.0 2.47 2.6 2. Le groupe phényle entièrement constitué de carbones hybridés « sp2 » a une électronégativité de 2.6 6 CN 3.96 2. Elle décroît aussi dans une période donnée dans le sens des n os atomiques décroissants (ex : 9F> 8O > 7N).0 3.42 Tableau 5.6).60 CCl3 2. le chlore (indice d’électronégativité : 3) agit fortement sur le carbone (indice d’électronégativité : 2.1 – Définition Une molécule en chimie organique est constituée d’atomes liés entre eux par une ou plusieurs liaisons covalentes c’est-à-dire par un ou plusieurs doublets d’électrons.8 2.5 2. la liaison est plutôt ionique. il attire le doublet d’électrons de la liaison qui le retient à ce carbone. mais pas Na ou K). une charge entière respectivement négative et positive). plus électronégatif que le carbone (effet électroattracteur noté –I ). Ces charges répercutent cet effet sur les autres doublets de liaisons de la molécule avec de nouvelles polarisations. Toutefois. positive.133 5. autre métal alcalin. les deux types de liaisons coexistent avec des pourcentages variables.5 2.5) auquel il est lié. est plus complexe. Le type de liaison avec le carbone dépend alors du solvant.7). +δ C -δ Br -δ C +δ H 2.1). mais les trois hydrogènes portés par ce carbone qui ont chacun un effet inducteur donneur +I (indice d’électronégativité : 2. Polarisation des liaisons 5. Si un atome ou un groupement de cette molécule a un caractère électronégatif supérieur au carbone auquel il est lié (par exemple. dans les solvants très polaires (§ 6. les éléments qui ont un indice d’électronégativité inférieur à celui du carbone. un halogène. et l’élément qui lui est lié prend une charge partielle positive +δ. et dans les solvants semi-polaires ou non polaires. Si on considère la molécule de chlorure de méthyle CH3Cl.1 Effet électroattracteur -I du brome sur le carbone Effet électrodonneur +I de l'hydrogène sur le carbone Figure 5.8).5 L’effet inducteur (ou inductif) 5. ce qui a pour conséquence la création d’une liaison polarisée. En raison de la neutralité électrique de la molécule. en affaiblissent la charge positive qui n’est donc pas égale en valeur absolue à celle du chlore. et en particulier les métaux (Mg. et d’une charge partielle négative -δ pour lui. exercent un effet inducteur donneur (effet électrodonneur noté +I) : le carbone prend alors une charge partielle négative -δ.7 Inversement.5. Le plus souvent. et par conséquent. d’une charge partielle positive +δ pour le carbone. Le cas du lithium. figure 5. Remarque : La liaison entre le carbone et le sodium ou le potassium est ionique (le carbone et le métal portent chacun. des atomes C et H qui constituent le groupe méthyle (figure 5. Cu.3). . la liaison est plutôt covalente. la valeur absolue de la charge partielle négative portée par le chlore est égale à celle. C’est l’effet inducteur accepteur ou attracteur de l’atome ou groupe d’atomes. R = groupe carboné (groupe carboné = alkyl. Autre point important : la présence de nombreuses charges partielles ou négatives dans une molécule ne doit pas faire oublier que la molécule est toujours électriquement neutre.8 Il est important d’insister sur le caractère partiel des charges portées par les atomes formant un dipole résultant d’un effet inducteur et qui suppose qu’aucun électron n’a été gagné ou perdu par ces deux atomes. aryl. aralkyl) Figure 5. Cela n’empêche pas la présence dans la molécule de sites à forte densité électronique. -F. 5.9 On distingue parmi les atomes et groupes à effet inducteur électroattracteur –I (figure 5. -I. C’est l’une des grandes différences qui existent avec un autre phénomène de délocalisation des charges appelé mésomérie (§ 5. -Cl.10). ce qui signifie que ces charges induites positives et négatives ont une valeur absolue égale.10 amines (R et R' = H ou groupe carboné) . R = groupe carboné thiol.6). R O R R S N R' alcool.5.134 Chimie organique +δ H H -δ Cl C H effet inducteur attracteur ou électroattracteur -I (les charges positives portées par les hydrogènes ne sont pas indiquées pour simplification) Figure 5.9) : – les halogènes. – les groupes neutres constitués à partir d’un hétéroatome bi ou trivalent comme l’oxygène. R = H thioéther. et que leur somme algébrique s’annulent. -Br.2 – Atomes ou groupes à effet inducteur électroattracteur –I +δ C -δ Y groupe électroattracteur -I Figure 5. R = H éther. et d’autres à faible densité électronique. le soufre ou l’azote (figure 5. O C-OH O C-OR H R aldéhyde éther alcool cétone C-SR R H thiol thioaldéhyde thioéther O O SH S-thioacide O-thioacide C C SR SR SH dithioacide S-thioester O-thioester S S C C thiocétone S C OR S C OH C C ester acide S S C-SH O C OR O C OH C C dithioester N R CH2N C C R amine imine (R= H ou alkyl. R R R O N S R' R' R' R" R. ou aryl. Leur effet est particulièrement puissant.135 5. aryl. R" = H groupe sulfonium groupe oxonium groupe ammonium quaternaire Figure 5.12).12 N N C N nitrile diazo .11 – Les groupes constitués d’un carbone lié à un ou plusieurs hétéroatomes électronégatifs (figure 5. ou aralkyl) CH2X CHX2 CX3 dérivés halogènés Figure 5.11). R'. aralkyl) oxime (R = OH) hydrazone (R= N-alkyl. Polarisation des liaisons – les groupes chargés positivement constitués à partir d’un hétéroatome bi ou trivalent (effet inducteur -I très fort) (figure 5. 6.15 Les groupes à effet inducteur électrodonneur +I (figure 5.9)) (figure 5.5.13).14 5. C C dérivés d'alcènes C N C dérivés d'alcynes dérivés du benzène. constitués de plusieurs hétéroatomes électronégatifs.3 – Groupes à effet inducteur électrodonneur +I -δ C +δ Z groupe électrodonneur + I Figure 5. d’alcynes.5) qui rapproche les doublets de liaison C-H du carbone. ou du benzène (et leurs dérivés polycycliques ou tout autre cycle aromatique (§ 5.13 – les groupes dérivés d’alcènes. chargés ou non. NO groupe nitroso NO2 N=N-R groupe diazoïque R = groupe carboné groupe nitro N=C=O N=N N=N=N (X ) groupe diazonium groupe azido N=C=S groupe isocyanato groupe isothiocyanato SO SO2 R R groupe sulfoxyde SO3H groupe sulfone groupe acide sulfonique Figure 5. Leur propriété provient de la faible électronégativité des atomes d’hydrogène (indice d’électronégativité : 2. de la pyridine (ou d'autres cycles aromatiques) Figure 5. sont en nombre moins important que ceux à effet inducteur électroattracteur .I. Plus un groupe alkyle aura de .136 Chimie organique – les groupes.14). Ce sont des groupes alkyles. (effet inducteur fort) (figure 5.15).1) par rapport à celle du carbone (indice d’électronégativité : 2. RCOO-. Polarisation des liaisons liaisons C-H sur un nombre restreint d’atomes de carbones. plus l’acide est fort.16).5. dans les solvants très polaires.16 On peut y ajouter les liaisons covalentes formées entre le carbone et quelques métaux comme le lithium. le magnésium. le groupe tertiobutyle (t-Bu) exerce l’effet le plus fort par rapport aux groupes isopropyle (i-Pr) et méthyle (Me) (figure 5. ce qui correspond à une polarisation élevée de la liaison OH avec libération facilitée en milieu aqueux d’un ion hydroxonium.1) : plus le pKa est faible. un fort caractère ionique. plus ce groupe aura un effet inducteur électrodonneur important.1) que les liaisons C-Li peuvent avoir.17). à côté de l’anion carboxylate.5. H C H H C H C C H H C H H H H H C H C H C H H H H groupe méthyle CH3 H H groupe isopropyle i-C3H7 groupe tertiobutyle t-C4H9 Figure 5. Il faut rappeler (voir § 5. RCOOH.137 5.17 5. pour un acide organique. . le cobalt ou le cuivre (figure 5.4 – Effet inducteur et influence sur les fonctions acides ou basiques On peut démontrer facilement l’influence des groupes –I ou +I en étudiant les pKa d’acides substitués par un groupe de cette nature. La valeur du pKa définit la force de l’acide (schéma 5. Ainsi. H3O+. -δ C +δ Métal Li organolithien MgX organomagnésien Figure 5. 138 Chimie organique O R O C -δ O + +δ H H2O R + C H3O O acide organique anion carboxylate H3O RCOO Ka = ion hydroxonium pKa = . à effet +I tend à éloigner le doublet de liaison de l’oxygène et à rendre la liaison OH moins polarisée.4). et en fonction de leurs pKa. Inversement. élément à effet –I augmente l’acidité dans la mesure où il augmente la polarisation de la liaison O-H de la fonction acide (le doublet de liaison se rapproche un peu plus de l’oxygène et s’éloigne de l’hydrogène). donc à diminuer l’acidité.76 acide acétique O H3C CH2 C O l'acidité décroît −δ +δ 4.86 H O l'acidité croît acide monochloracétique −δ O CH3 C +δ H O 4. de l’acide chloracétique et de l’acide propionique (tableau 5. on remarque que le chlore.1 −δ O Cl CH2 C +δ pKa 2. Parmi les quatre acides monohalogénés dérivés de l’acide acétique.3 Si l’on compare les pKa de l’acide acétique. on observe le classement suivant des effets inducteurs – I : . les effets inducteurs d’atomes ou de groupes peuvent être quantifiés par l’étude des pKa des acides qu’ils substituent (tableau 5.3). tandis que le groupe méthyle.88 H acide propionique ou propanoïque Tableau 5.log Ka RCOOH Schéma 5. 86 3 H acide monofluoroacétique O Cl CH2 C O décroissance de l'acidité H acide monochloracétique O Br CH2 C O 2. Par exemple. en rapport avec les indices d’électronégativités de ces atomes fournis dans le tableau 5.5a – À travers les liaisons V Généralement.66 4 2.5. 5.5.27 et la méthylamine CH3-NH2 un pKa de 10. par un. comme dans les alcanes linéaires. l’ammoniac NH3 a un pKa de 9.86 2. donc plus basique.5 – Transmission de l’effet inducteur à travers une chaine carbonée 5. se transmet en diminuant progressivement pour s’annuler généralement à une distance de trois carbones. .5).5 H acide monobromacétique O I CH2 C O H acide monoiodoacétique Tableau 5. Polarisation des liaisons F > Cl = Br > I. Cette propriété peut facilement être démontrée si l’on observe la variation de l’acidité d’une série d’acides monochlorés dérivés de l’acide butyrique (ou butanoïque) dans lesquels l’atome de chlore (effet électroattracteur –I) est éloigné progressivement de la fonction acide COOH.139 5. indice d'électronégativité de l'halogène pKa O F CH2 C O 2. puis par plusieurs groupes méthylènes CH2 (tableau 5.4 Inversement les groupes électrodonneurs +I augmentent la basicité d’un composé basique comme une amine.1.12 2.8 3. l’effet inducteur exercé par un groupement –I ou +I sur une chaîne constituée uniquement de liaisons σ.62. 52 H O H 2C CH2 CH2 C Cl -δ +δ O H Tableau 5. 5. vers l’autre carbone de celle-ci. avec une nette augmentation du caractère acide.5b – À travers les liaisons S Les électrons qui constituent les liaisons π ont la particularité d’être « plus mobiles » que les électrons des liaisons σ.5 On remarque que la présence de cet atome de chlore en position α conduit à un acide (acide 2-chloro-butanoïque) dont le pKa de 2.3-diène -δ Cl +δ' CH2 CH CH Figure 5.86 O H3C CH2 CH2 C -δ +δ Cl CH2 l'acidité diminue O (effet -I) H3C H O CH2 C -δ O Cl -δ acide 3-chloro-butanoïque 4. +δ H 3C CH -δ -δ CH2 propène +δ H3C CH ClCH2 3-chloro-propène CH CH CH -δ CH2 penta-1. La conséquence de cette propriété est la transmission quasi-intégrale de l’effet excercé par un groupe inducteur lié à un carbone d’une double liaison.5.140 Chimie organique O H3C CH2 CH2 C pKa +δ H -δ O acide butyrique (ou butanoïque) 4.18 +δ' CH2 +δ''' CH2 +δ CH2 .83 acide 2-chloro-butanoïque 2.86 diffère de deux unités par rapport à celui de l’acide butanoïque.04 acide 4-chloro-butanoïque 4. L’influence de l’atome de chlore en position β (acide 3-chloro-butanoïque) puis γ (acide 4-chloro-butanoïque) diminue jusqu’à devenir très faible comme l’indiquent les pKa correspondants. Polarisation des liaisons Ainsi. pour les acides acétique. di-.69. séparées par des liaisons σ (ce qu’on nomme doubles liaisons conjuguées). .18). L’acide acétique a un pKa de 4.76 O H acide acétique O H3C CH CH 4. isobutyrique (ou 2-méthylpropionique) et triméthylacétique (additivité d’effets +I). composé vinylogue de l’acide acétique.19). comme dans le penta-1. dans le propène. Si une double liaison (groupe vinyle) est isolée dans une chaine carbonée constituée de liaisons σ.76. donc d’acidité proche (figure 5. Si plusieurs doubles liaisons se succèdent. Cette transmission particulière de l’effet inducteur est à l’origine du principe de vinylogie : la réactivité d’un groupe fonctionnel de deux composés qui ne diffèrent dans leurs chaînes carbonées linéaires que par la présence d’une ou plusieurs double(s) liaison(s) est peu différente. cela s’applique aussi aux triples liaisons. l’effet inducteur est transmis intégralement jusqu’au dernier carbone hybridé « sp2 » de cette chaîne. 5. car il diffère de celui-ci par l’inclusion d’une double liaison.19 Bien entendu. un pKa de 4.3-diène.6 – Additivité des effets inducteurs – I et + I Les effets inducteurs s’additionnent comme le montrent les exemples suivants (tableau 5.6) : – la croissance de l’acidité pour les acides mono-.141 5.5. pKa O CH3 C 4. et trichloracétiques (additivité d’effets –I) ou sa décroissance. l’effet inducteur est totalement transmis à travers elle. l’effet +I du groupe méthyle est transmis intégralement au carbone « sp2 » non substitué : c’est lui qui porte la charge partielle et non le carbone hybridé « sp2 » directement lié au groupe inducteur (figure 5. et l’acide crotonique.69 C O H acide crotonique Figure 5. 7 5.65 (CH3)2-CH-COOH 4. La triméthylamine qui devrait être plus basique que la diméthylamine a un pKa de 9.5.6 – l’augmentation de la basicité par l’effet inducteur +I du groupe méthyle. pour la série : ammoniac.7).27 H2N CH3 10. méthylènes (-CH2-) ou méthynes .142 Chimie organique pKa CH2Cl-COOH 2. N + H+ N H pKa H2N H 9.62 CH3 HN la basicité augmente 10. C’est une « anomalie » qui s’explique par la gêne stérique autour de l’azote provoquée par les trois groupes méthyles et qui rend difficile l’approche du proton.86 CHCl2-COOH 1.7 – Hydrogènes acides en D de groupes inducteurs – I Les groupes électroattracteurs qui exercent un effet inducteur – I rendent acides les hydrogènes portés par les groupes méthyles (-CH3).05 croissance de l'acidité décroissance de l'acidité Tableau 5.77 CH3 Tableau 5. d’où son caractère basique. caractérisée par une densité électronique accrue autour de l’azote dont le doublet libre est capable de retenir un proton (tableau 5. méthylamine. diméthylamine.29 CCl3-COOH 0.86 (CH3)3C-COOH 5.80. 8 – Effet de champ Contrairement à l’effet inducteur qui est le résultat de dissymétries électroniques liées aux éléments et groupes qui constituent la molécule.3).2).H+ H H C H H H C H COOEt C C O CN H 3C C COOEt CN carbanions Schéma 5. les solvants. soit de la présence de groupe(s) de la même molécule portant des charges partielles ou entières (liaisons ioniques). du groupe méthylène du malonate d’éthyle.143 5.H+ CN H 3C C C H COOEt H H CN méthylmalononitrile base . l’effet de champ est un effet « à distance » sur une liaison « isolée ». Il résulte.13) correspondants (schéma 5. les charges partielles portées par Br et le carbone augmentent ce qui polarise de plus en plus la liaison. Simultanément.13. Polarisation des liaisons (>CH-) situés en position α de la fonction. Un exemple est donné pour une liaison C-Br sous l’effet de champ du à un anion ou une amine du milieu (schéma 5. Le déplacement des molécules les unes par rapport aux autres génère des effets de champ parfois plus importants que l’effet inducteur intrinsèque à l’intérieur d’une molécule isolée.2 Le retrait du proton dans ces composés est facilité par la création d’une base conjuguée d’une structure résonnante très stable (voir carbanions mésomères § 6. 5. H H C H H H C O propanone (acétone) C COOEt H malonate d'éthyle base . ou du groupe méthyne du méthylmalononitrile sont suffisamment acides pour être extraits par une base.2). ils agissent sur les dipôles permanents qui résultent de l’induction. soit d’autres molécules comme les réactifs. les hydrogènes des groupes méthyles de la propanone (ou acétone). Par exemple. des sites à très faibles ou très fortes densités électroniques mais éloignés de la liaison sur laquelle ils exercent leur action (effet intramoléculaire). et de manière plus générale. Leur approche de cette liaison déforme le tétraèdre du carbone « sp3 » qui tend à s’applatir pour devenir proche d’un plan tandis que la liaison C-Br s’allonge et devient de plus en plus fragile. les ions présents dans le milieu réactionnel (effet intermoléculaire). avec formation de carbanions (§ 6.H+ base . .5. Sous l’effet de leurs charges ou de ces sites. 6 L’effet mésomère. ou positivement (ex : carbocation allylique). Par contre.3 L’effet de champ est important dans un mécanisme de substitution bimoléculaire SN2 (§ 8. la résonance et les formes limites 5.2) puisqu’il en représente le début. ou le benzène (figure 5. .20) ou d’autres molécules dans lesquelles une double liaison est conjuguée.…) possèdant un doublet libre non liant. soit un atome de carbone chargé négativement (ex : carbanion allylique). 5. soit avec un hétéroélément (N. S. (ex : amine vinylique. O.6.144 Chimie organique ion chargé négativement ou amine +δ −δ C Br A N A +δ' ou C −δ' Br N A ou +δ'' C −δ'' Br N avec δ < δ' < δ'' Schéma 5. cette formule développée unique est insuffisante pour décrire les propriétés de certaines molécules dont les doubles liaisons sont conjuguées. (alternativement une double liaison et une simple liaison) telles que le 1.1. soit un atome disposant d’un électron célibataire (ex : radical allylique).3-butadiène.1 – Définition Les propriétés chimiques et physicochimiques de la plupart des molécules de la chimie organique peuvent être décrites à partir d’une seule formule développée classique. éther vinylique). appelées structures ou formes limites (canoniques peut remplacer limites). Ces formes limites ne sont qu’une écriture. et. Ces structures limites n’ont ni réalité physique. statique. ne peut décrire toutes ces propriétés.145 5. par nature. dont toutes semblent également capables de décrire la plupart des propriétés physicochimiques ou chimiques du composé mais dont aucune. Polarisation des liaisons H 2C H H C C CH N CH2 H H H CH C C amine vinylique H H C C H benzène butadiène C C H carbanion allylique H H carbocation allylique C C C H radical allylique Figure 5. ni existence indépendante.4 et dont les formations sont décrites dans les pages suivantes : . elles ne peuvent pas être considérées comme des composés différents. par conséquent. à l’idée que ces molécules existaient dans un état qui est un hybride entre plusieurs structures électroniques virtuelles qui résonnent entre elles. Ainsi le butadiène et l’ion carboxylate sont représentés par les formes limites du schéma 5. Ce phénomène est symbolisé par la double flèche ↔ qui sépare les différentes structures limites. Attention : ne pas confondre cette double flèche ↔ avec le signe caractéristique des équilibres chimiques ) et qui n’ont aucun rapport entre eux. à elle seule. C’est le phénomène appelé mésomérie (qui signifie « entre plusieurs formes ») ou résonance. pour représenter un système dynamique.20 Cette observation a conduit. en équilibre chimique. au début du siècle dernier. l’apparition d’une charge positive est accompagnée de celle d’une charge négative.146 Chimie organique H H butadiène H H H H H2C CH CH CH2 H2C CH (I) CH CH2 H2C CH (II) CH CH2 (III) anion carboxylate O O R C R C O (A) O (B) Schéma 5.12). – l’énergie de chaque forme limite est supérieure à celle de la molécule réelle. – dans toutes les formes limites. 1926) repose sur les conditions structurales des formes limites.4 La théorie de la mésomérie (Heisenberg. Ils doivent être coplanaires afin que le recouvrement des orbitales « p » à l’origine des doubles liaisons ne soit pas perturbé. S…).4 et 5. .5) est représentée de manière classique par deux doubles liaisons séparées par une liaison simple (deux doubles liaisons conjuguées). – le nombre de paires d’électrons dans les différentes structures limites doit être le même. mais le couplage des électrons diffère entre elles. définies ci-après : – les positions des noyaux des atomes impliqués dans la mésomérie doivent être les mêmes pour chaque structure limite. Chaque atome doit respecter les structures de Lewis (la présence d’un carbone tri ou pentavalent est impossible). leur nombre reste inchangé. les atomes sont dans le même état d’hybridation. car la résonance a pour propriété de stabiliser la molécule donc de diminuer son énergie (voir énergie de résonance). S’il existe un ou des électrons célibataires comme pour les radicaux (§ 6. ou des anions. – la molécule reste neutre. N. Il y a délocalisation – des doublets d’électrons S des doubles ou triples liaisons – des doublets d’électrons des hétéroatomes (doublets non liants de O. La molécule de butadiène (schémas 5. 2 Schéma 5.4 addition 1. Polarisation des liaisons Une telle structure supposerait que les liaisons C-C soient de longueurs différentes selon qu’elles sont simples (0. ce qui ne correspond pas. Ces résultats confirment que l’écriture classique est insuffisante pour représenter la molécule de butadiène (voir aussi § 14.148 nm. Leur valeur est pour chacune d’entre elles de 0. La molécule est plane.5 La théorie de la résonance conduit à décrire la molécule de butadiène comme un hybride de résonance entre les 3 structures limites (ou canoniques) fictives (I).154 nm) ou doubles (0.1).4-dibromo-but-1-ène addition 1.135 nm). pour le second. (II) et (III) du schéma 5.2 et 1. Enfin. donc entre simple et double liaisons.6 CH CH (III) CH2 .7.5) conduit à deux composés dibromés en positions 1.6. H P1 H C C C H P1 H H C H H P2 H C H C C H H faux C H vrai Br2 H H Br C BrH2C C C CH2 et CH2Br C BrH2C H H 1. l’addition d’une molécule de brome (schéma 5. à ce qui pourrait être attendu à partir de la formule classique. alors que l’on pouvait s’attendre à deux plans éthyléniques avec libre rotation autour de la liaison centrale. H 2C CH CH H2C CH2 (I) H2C CH CH CH CH CH2 (II) CH2 H2C butadiène Schéma 5.4-dibromo-but-2-ène 3.147 5.4. c’est le caractère électronégatif de l’hétéroélément qui influe sur la délocalisation des électrons π. la délocalisation des électrons est orientée vers cet hétéroélément et conduit aux différentes formes limites correspondantes (exemples formes limites E et F). et E et F. A l’inverse du butadiène qui est symétrique.) comme dans une cétone vinylique comme l’acroléine. le doublet de liaison π se retrouve sur le carbone de CH2. cétone (formes limites E et F). avec un effet mésomère électrodonneur (effet + M). ce sens est défini et unique pour les molécules dissymétriques (formes limites A et B. La seconde flèche débute au milieu de la double liaison de A et se termine sur le carbone de CH2. . L’un des deux électrons de ce doublet appartient à ce carbone dans la mesure où il était mis en commun avec l’autre carbone sp 2 pour former la double liaison : le carbone de CH2 prend alors une charge négative par addition d’un électron (trois liaisons σ + un doublet d’électrons) ce qui lui confère une structure électronique de carbanion dans B. dans l’exemple A du schéma 5. la première flèche part d’un doublet de l’oxygène et se termine au milieu de la liaison C-O.. le doublet porté par le carbanion sert à former la double liaison dans D ce qui conduit par délocalisation des électrons à un nouveau carbanion D. non liant. Elles ne représentent que le sens de la délocalisation des électrons ce qui permet d’écrire la formule limite. Pour indiquer sans ambiguïté le sens de la délocalisation électronique. Dans le cas où une double liaison existe entre un atome de carbone et un hétéroélément (O. Le doublet de l’oxygène sert à former la nouvelle double liaison : l’oxygène qui perd un électron devient positif. thiocétone >C=S ou imine >C=N-R. On peut remarquer que le sens de la délocalisation des électrons est inversé selon qu’il s’agit d’un hétéroélément directement conjugué à une double liaison éthylènique (formes limites A et B). N. d’autre part) (schéma 5. Dans le carbanion allylique C. c’est un doublet libre.7. ce qui entraîne l’effet mésomère électroattracteur (effet – M). ou au contraire. S. Ainsi. . qui est donneur. d’une part. Dans le second cas. l’origine de la flèche courbe utilisée doit être précise au même titre que son but. d’un hétéroélément inclus dans une fonction. Dans le premier cas.7).6 figurent les mouvements fictifs des doublets électroniques qui conduisent à l’écriture des différentes structures limites et n’ont pas la même signification que celles utilisées pour décrire les mouvements électroniques dans les réactions.148 Chimie organique Les flèches utilisées dans le schéma 5. 149 5. Polarisation des liaisons Effet électrodonneur du groupe méthoxy O-CH3 (effet +M) H2 C CH O H 2C CH3 méthoxy-éthène (éther vinylique) A CH O CH3 B Effet électrodonneur du carbanion H2C CH C H2 C carbanion allylique C CH C D Effet électroattracteur du groupe carbonyle C=O (effet - M) H2 C CH E CH H2C O prop-2-ènal ou acroléine CH CH O F Schéma 5.7 Les formes limites d’un composé donné ont-elles toutes la même contribution à sa représentation ? Toutes les formes limites d’un composé n’ont pas la même « stabilité ». Les plus « stables » (énergie interne la plus faible) sont les plus contributives à la représentation de la molécule, celles qui ont un « poids » plus important. Ce sont celles : – qui présentent le nombre le plus élevé de doubles ou triples liaisons conjuguées non chargées (formule I du butadiène et formule A de l’éther vinylique) (schémas 5.6 et 5.7), – qui sont chargées mais dont les charges de signes contraires sont les plus proches l’une de l’autre. Par contre, la présence de deux charges de même nature sur deux atomes liés rend la formule limite totalement instable. Les formules limites ayant plus de deux charges sont instables et peu contributives. – qui portent une charge sur un atome en accord avec son électronégativité (schéma 5.8). Par exemple, une forme limite avec une charge positive sur un carbone et une charge négative sur un oxygène est plus stable que si les charges sont inversées sur ces deux atomes, car le carbone est moins électronégatif que l’oxygène (voir l’échelle d’électronégativité de Pauling § 5.4). 150 Chimie organique C C C O plus stable meilleure contribution O C faible contribution électronégativité de O > C Schéma 5.8 5.6.2 – Groupes à effet mésomère donneur ou électrodonneur (à effet + M) Dans le schéma 5.9 sont rassemblés les 3 principaux groupes à effet mésomère électrodonneur (+M) formés à partir de O, S, ou N, liés d’une part à une double liaison, et d’autre part, par une liaison simple, à un carbone appartenant lui-même à un groupe carboné comme les éthers et thioéthers vinyliques, ou les énamines. Un exemple de formules limites est donné pour un éther vinylique. C C C O C O R R éther vinylique C C C S R thioéther vinylique C N R' R énamine Schéma 5.9 Les halogènes, éléments monovalents, donnent lieu à une résonance avec une double liaison lorsqu’ils la substituent (schéma 5.10). La contribution de la formule limite A à la représentation de la molécule de chlorure vinylique est beaucoup plus importante que la formule B en raison de la plus grande électronégativité du chlore par rapport à celle du carbone, ce qui rend difficile la présence de la charge positive sur l’atome d’halogène. 151 5. Polarisation des liaisons C C C C Cl Cl A B Schéma 5.10 Remarque : les groupes -O-R, -S-R , et -N(R)(R’) peuvent aussi faire partie d’une fonction où ils ont un effet +M (schéma 5.11). C’est le cas des esters RCOOR’, des thioesters RCOSR’, des dithioesters RCSSR’, des imidates RC(=NR)-O-R”, des amides RCON(R’)(R”), des thioamides RCSN(R’)(R”), mais ces fonctions prises dans leur intégralité ont toutes un caractère mésomère électroattracteur (– M ) en raison de la présence d’un groupe C=O, C=S ou C=N (voir ci-après). O R O C R C O N N C O C O O amide ester Schéma 5.11 Lorsque les atomes O, S, et N sont chargés négativement et qu’ils sont liés à une double liaison, ils exercent dans la fonction un effet mésomère donneur comme dans les anions énolates, thioénolates, carboxylates, thiocarboxylates, iminoalcoolates (schéma 5.12) … Cette fois encore, les fonctions correspondantes, dans leur intégralité, représentent des groupes à effet mésomère électroattracteur. 152 Chimie organique C C C C O O anion énolate C C C C S S anion thioénolate O O C C O O anion carboxylate N N C C O O anion iminoalcoolate Schéma 5.12 Les groupes OR, S-R, N(R)(R’) peuvent aussi être liés à un carbone chargé positivement, c’est-à-dire un carbocation, ou à un carbone radicalaire (schéma 5.13). 153 5. Polarisation des liaisons Carbocations C C O C R R C N N R R R = H, dérivés du carbocation hydroxyméthyle R = alkyl, dérivés d'un carbocation alcoxyméthyle C R' R' O dérivés d'un carbocation aminométhyle S R R = H, dérivés du carbocation mercaptométhyle R = alkyl, dérivés d'un carbocation alkylthiométhyle Radical O C C O R R Schéma 5.13 Les carbanions ont un effet +M (carbanions allyliques, schéma 5.14). C C C C C C carbanion allylique Schéma 5.14 5.6.3 – Groupes à effet mésomère attracteur ou électroattracteur (à effet -M) Lorsque les atomes O, S ou N sont liés à un carbone par une double liaison, le groupe correspondant, carbonylé, thiocarbonylé ou imino exerce un effet mésomère électroattracteur –M. Ces groupes peuvent faire partie de nombreuses fonctions qui, toutes, ont un caractère –M : c’est le cas des fonctions aldéhyde, cétone, thioaldéhyde, thiocétone, imines, acides, esters, carboxylates, amides, thioesters, thioamides, imidates, thioimidates, amidines (schéma 5.15). On peut ajouter à cette série, le groupe nitrile dans lequel l’azote est triplement lié au carbone. 154 Chimie organique C C C C C C O C C C C O C O O S-thioester thioamide C NR NR thioimidate N anion O-thiocarboxylate N(R')(R") SR' C CH S S O-thioester C NR C C S O OR' imidate R N O C anion S-thiocarboxylate C C OR S C O O O mésomérie du groupe ester ou acide (R = H) C amide R R SR N C O C O ester d'acides α,β−insaturés anion carboxylate O N imine vinylique C O R C O C C S thiocétone (ou thioaldéhyde) vinylique O C C C cétone (ou aldéhyde) vinylique C C O amidine C CH C N dérivé de l'acrylonitrile Schéma 5.15 Les carbones chargés positivement ou carbocations exercent aussi un effet –M dans les carbocations allyliques (schéma 5.16). C C C C C C carbocations allyliques Schéma 5.16 A ces deux groupes dans lesquels le carbone est directement lié à une double ou triple liaison, il faut ajouter un nombre important de fonctions entièrement constituées de 155 5. Polarisation des liaisons O, S et/ou N comme les groupes nitroso, nitro, diazo, sels de diazonium, azido, sulfoxydes, sulfones, acides sulfoniques et sulfonates qui exercent un très puissant effet –M (schéma 5.17). C C C N O C O N O O N N O O O O mésomérie du groupe nitro dérivés du nitroéthylène autres groupes à effet - M: -N=O (groupe nitroso), -N=N- (groupe azo), -N=N+ (sel de diazonium), -N3 (groupe azido), -SO- (groupe sulfoxyde), -SO2- (groupe sulfone), -SO3H (acide sulfonique, ses sels, -SO3- et ses esters, -SO3R) Schéma 5.17 5.6.4 – Exemples de composés mésomères particuliers Comme le montre les différents exemples ci-après (schéma 5.18), des formes limites partielles peuvent être écrites qui ne font intervenir qu’une partie du système conjugué comme les formes limites B et C du premier exemple. Exemple 1: sens de la H H A électron provenant du carbone délocalisation électronique C C H C H C H C H O H H C C H C H C H C H O C C H C H C H C H O C C C C C O H H H H B penta-2,4-diènal groupe à effet mésomère -M La forme limite A a la plus forte contribution à la représentation de la molécule: elle est non chargée et possède le maximum de doubles liaisons. H H C H H D 156 Chimie organique Exemple 2: sens de la délocalisation électronique H H H C C H A C H C H O CH3 H C C H C H C H O CH3 C C H C H C H O CH3 B 1-méthoxy-buta-1,3-diène groupe à effet mésomère + M H La forme limite A a la plus forte contribution à la représentation de la molécule: elle est non chargée et possède le maximum de doubles liaisons. H C Exemple 3 H C H C H C CH3 H CH3 H N H C C H CH3 CH3 H CH3 H C N C H C H C N H CH3 ion allylidene-diméthyl-ammonium Cas particulier: CH3 H C C H N H CH3 H C CH3 CH3 C H ion triméthyl-vinyl-ammonium N H CH3 CH3 impossible car l'azote deviendrait pentavalent L'azote ne peut pas avoir cinq liaisons . Il n'existe pas de mésomérie. Le groupe ammonium n'intervient doncque l'effet inducteur attracteur de l'azote sur la double liaison. Exemple 4: H2C CH C CH CH2 H2C CH2 3-méthylène-penta-1,4-diène H2C CH C CH CH2 CH C C H CH2 H2C CH2 H2C CH C CH C CH CH2 CH2 CH CH2 CH2 CH2 Dans les structures où la conjugaison est croisée, les formes limi tes sont obtenues, comme dans l'exemple présenté, en ne faisant intervenir à chaque fois, qu'une partie des systèmes conjuguées. S'il existe un groupe -M ou +M , c'est lui qui donne le sens de la délocalisation H2C CH C O CH CH2 H2C CH C O CH CH2 H2C CH C O CH CH2 157 5. Polarisation des liaisons Exemple 5: H H C H C H C CH2 H C H CH2 radical allylique La demi-flèche correspond à la délocalisation d'un seul électron, contrairement à la flèche qui représente la délocalisation d'un doublet d'électrons. Schéma 5.18 5.6.5 – Énergie de résonance (ou énergie de délocalisation) Toutes les molécules mésomères ont une stabilité chimique plus élevée que celle relative à une formule limite donnée, y compris la plus contributive. Cela est quantifié par l’énergie de résonance qui correspond à la différence entre la valeur expérimentale de l’enthalpie de formation de cette molécule et celle calculée à partir des éléments (atomes, types de liaisons…) de la formule limite qui présente la plus basse énergie interne, c’est-à-dire la plus stable ou la plus contributive. L’énergie de résonance peut aussi être calculée à partir des chaleurs d’hydrogénation comme dans le cas du benzène (§ 5.6.9). Plus l’énergie de résonance est élevée, plus la molécule est stable. Cette énergie est d’autant plus élevée que les formes limites qui représentent la molécule mésomère sont équivalentes (ex : ion carboxylate, -CO32-, schéma 5.19) et / ou nombreuses (ex : composés aromatiques, schéma 5.4 et § 5.6.9). O O O O O O C C C O O O ion carboxylate Schéma 5.19 5.6.6 – Différences entre effet inducteur et effet mésomère d’un même groupe Les groupes à effet mésomère électrodonneur +M exercent aussi un effet inducteur électroattracteur -I , par exemple, l’oxygène dans un groupe alcoxy, R-O- d’un éther vinylique, >C=C(OR)-, il en est de même des halogénures vinyliques, >C=C(X)-, ou des amines vinyliques (ou énamines), >C=C(NH2)-. Par contre, les groupes à effet électroattracteur – M ont aussi un effet – I. 158 Chimie organique En fait, les deux effets se superposent, mais l’effet mésomère est, dans la majorité des cas, plus puissant que l’effet inducteur. C’est donc l’effet mésomère qui impose l’orientation des réactions avec des réactifs électrophiles ou nucléophiles. Ainsi, dans l’éther vinylique >C=C(OR)-, l’effet mésomère +M prime sur l’effet inducteur –I (schéma 5.20). effet mésomère donneur + M R R O HC CH2 O HC CH2 effet inducteur attracteur -I Schéma 5.20 5.6.7 – Hyperconjugaison Lorsqu’un carbone lié à une double liaison porte un hydrogène CαH, il y a un recouvrement latéral de l’orbitale moléculaire σ de cette liaison C-H « conjuguée » à la double liaison, et d’une orbitale « p » d’un carbone hybridé « sp2 » de cette double liaison, (contrairement au cas général de la mésomérie qui correspond uniquement à des recouvrements d’orbitales « p »), ce qui conduit à une résonance particulière et spécifique de ces liaisons, appelée hyperconjugaison (schéma 5.21). Cette hyperconjugaison est caractéristique de toutes les liaisons C-H de même nature, qu’il s’agissent de groupes méthyles, méthylènes ou méthynes. Elle permet d’expliquer, en particulier, la plus grande stabilité de certains alcènes substitués par des groupes méthyles, éthyles… par rapport à des alcènes peu substitués ou substitués par des groupes carbonés qui ne possèdent peu ou pas de C αH. Plus le nombre de liaisons CαH conjuguées avec la double liaison augmente, plus l’alcène correspondant est stable. C’est le cas du 2,3-diméthyl-but-2-ène (12 hyperconjugaisons), composé plus stable que l’isobutène (6 hyperconjugaisons), lui-même plus stable que le propène, CH3-CH=CH2 (3 hyperconjugaisons). Note : L’hyperconjugaison est aussi possible avec un carbone chargé positivement (carbocation). Elle stabilise la charge (voir le schéma 8.259). 159 5. Polarisation des liaisons liaison σ H C α C C α C C H C C α C H H pas d'hyperconjugaison liaison C-H non conjuguée avec la double liaison C H H orbitale hybridée "sp3" H orbitale "p" H Cα H C H C H H H Cα H H Cα C C Cα C H α H H H H H α C H C H C α H H H C H 2,3-diméthyl-but-2-ène plus stable que l'isobutène Schéma 5.21 5.6.8 – Rotations autour des liaisons Ctrigonal-Z et Ctrigonal-Ctrigonal Lorsqu’un composé possède une liaison entre un Ctrigonal , par exemple C de >C=O et un élément Z possèdant un doublet d’électrons non liant avec lequel une résonance est donc possible comme dans un amide RCON(R1)(R2), la libre rotation entre ce carbone et Z est empêchée, car les trois atomes se trouvent dans un même plan afin de satisfaire le phénomène de résonance avec recouvrement latéral des orbitales concernées (figure 5.22). En conséquence, la barrière de potentiel, ou d’interconversion, pour une rotation autour de cette liaison est très élevée, soit 10 fois supérieure (80 kJ mol-1) à celle qui existe pour une liaison amine Ctétraèdral-Z comme dans CH3-N(R1)(R2) (soit 8 kJ mol-1) où il n’existe pas de résonance. O O C C C N N N amine amide (mésomère) Rotation autour de la liaison C-N très difficile: énergie d'interconversion élevée Rotation autour de la liaison C-N 10 fois plus facile que pour l'amide: énergie d'interconversion faible Schéma 5.22 160 Chimie organique Cette remarque s’applique aussi pour les liaisons Ctrigonal-Ctrigonal correspondant à des systèmes conjugués (par exemple, butadiène, cétones α,β-insaturées) pour lesquelles la forme s-trans est plus stable que la forme s-cis (figure 5.21). H H H H H H H H H H butadiène s-trans, conformère plus stable que butadiène s-cis H H butadiène s-cis Figure 5.21 5.6.9 – L’aromaticité (règle empirique de Hückel) Certaines molécules qui présentent une mésomérie, possèdent une très grande stabilité et sont dites aromatiques si les conditions suivantes (règles empiriques de Hückel, 1937) sont respectées : – la molécule est cyclique, polyènique conjuguée (un doublet non liant d’un hétéroatome, une charge négative ou positive peuvent entrer dans cette conjugaison), – la molécule doit être plane, (afin qu’il y ait un bon recouvrement latéral des orbitales « p »), – l’ensemble des électrons délocalisés doit être égal à 4n + 2 avec n = 0 ou un nombre entier. Ces règles qui ne s’appliquaient à l’origine qu’aux monocycles ont été ensuite étendues aux composés polycycliques. Le caractère aromatique d’une molécule implique une stabilité plus élevée par rapport à des molécules de structures proches mais non aromatiques, vis-à-vis de la température, mais aussi de divers réactifs : par exemple, les alcènes, peu stables à haute température, réagissent très facilement avec les acides, les halogènes, ou les oxydants, tandis que le benzène, composé aromatique, reste stable à des températures élevées, ne réagit avec les halogènes (sans intervention externe, rayonnement UV) ou ne s’oxyde que dans des conditions particulières vigoureuses. Le benzène, C6H6 est un monocycle plan constitué de trois doubles liaisons conjuguées (schéma 5.23) : 161 5. Polarisation des liaisons exemple 1: le benzène 2 2 2 formules de Kékulé 4n + 2 = 6 (n = 1) formules de Dewar représentation faisant apparaître le plus simplement la totale délocalisation des électrons π. Schéma 5.23 Les représentations classiques de Kékulé, et moins classiques de Dewar, sont contenues dans l’utilisation d’un cercle central symbolisant la délocalisation des électrons S dans le cycle. La pyridine, un hétérocycle (schéma 5.24), diffère du benzène par le remplacement d’un CH du cycle par un atome d’azote : il s’ensuit une dissymétrie qui fait apparaître des charges. Le groupe imino >C=N- exerce un effet électroattracteur sur les électrons π du cycle. H Exemple 2: la pyridine H H N H H 4 5 6 2 2 N 3 2 2 N N N 1 4n + 2 = 6 (n = 1) N N caractère basique et nucléophile lié à ce oublet La représentation des formes limites de la pyridine apporte des renseignements utiles au chimiste pour l'étude le la réactivité de cet hétérocycle. Le doublet non liant de l'azote n'étant pas délocalisé confère à la pyridine, basicité et caractère nucléophile (à l'inverse du pyrrole, voir l'exemple 3), les positions 2, 6 et 4 (appelées aussi α, α' et γ) ont des densités électroniques plus faibles que celles en positions 3 et 5 (ou β et β') ce qui permet de prévoir les attaques des réactifs électrophiles et nucléophiles. Schéma 5.24 Le pyrrole est un hétérocycle à 5 chaînons. Pour que le caractère aromatique s’établisse, il faut que les électrons du doublet non liant de l’azote soient délocalisés afin que la règle de 4n + 2 électrons = 6 avec n = 1 soit respectée. Il en est de même pour l’oxygène du furane, et le soufre du thiophène (schéma 5.25). 162 Chimie organique H H Exemple 3: pyrrole, furane et thiophène H H N H 2 2 N H 2 N H N H N H N H N H 4n + 2 = 6 (n = 1) Le doublet non liant de l'azote est engagé dans la délocalisation ce qui réduit très fortement le caractère basique et rend l'hydrogène de NH plutôt acide. L'effet + M de l'azote dans le cycle augmente les densités électroniques des carbones qui seront facilement attaqués par les réactifs électrophiles. Le furane et le thiophène ont des formules limites semblables à celles du pyrrole. O O S O furane thiophène Schéma 5.25 Exemple 4 : carbocation cyclopropènyle et carbanion cyclopentadiènyle H H H H SbCl5 Cl H H H H H H H , SbCl6 H carbocation cyclopropènyle Le carbocation cyclopropènyle présent dans les sels de propènium, le plus souvent substitué par divers groupes, représente un cas particulier de système aromatique puisque le nombre d'électrons délocalisés est de deux ce qui permet de valider la règle empirique de Hückel: 4n + 2 = 2 (n =0) Le sel de propènium présenté est l'hexachloroantimonate de cyclopropènyle. H H H H H H H H H H -H H (base) H cyclopentadiène H H H H H H H H H carbanion cyclopentadiènyle 4n + 2 = 6 (n = 1 ) Sous l'action d'une base, le cyclopentadiène perd très facilement un proton car le carbanion cyclopentadiènyle qui en résulte est très stable : il est aromatique. Le nombre d'électrons π délocalisés est égal à 6: 4n + 2 = 6 (n = 1) Schéma 5.26 163 5. Polarisation des liaisons Certains composés ionisés, sous forme de sels, sont aussi aromatiques, par exemple, l’ion pyrylium qui possède 6 électrons délocalisés provenant de ses 3 doubles liaisons (figure 5.22). O X sel de pyrylium Figure 5.22 De nombreuses structures polycycliques possèdent un caractère aromatique comme le naphtalène, l’anthracène, le phénanthrène, la quinoléine, l’acridine ou l’ion 1-benzopyrylium (figure 5.23). naphtalène N quinoléine anthracène N acridine phénanthrène O ion 1-benzopyrylium Figure 5.23 Des molécules complexes comme la porphine et ses dérivés substitués, les porphyrines (figure 5.24) sont des composés aromatiques. Ils font partie de la structure de l’hémoglobine, le transporteur d’oxygène présent dans le sang. Si on compte l’ensemble des électrons π délocalisés, ils sont au nombre de 26, ce qui ne correspond pas à 4n + 2 (règle de Hückel). Dans ce cas, et dans la mesure où la molécule est plane et polyènique conjuguée, il doit exister dans ces structures polycycliques, un système cyclique polyènique conjugué, parmi ceux possibles, qui possède un maximum d’électrons délocalisés dont le nombre soit égal à 4n + 2 avec n, un nombre entier. Dans le cas de la porphine, ce système est indiqué en pointillé. Il correspond à 18 électrons délocalisés (n est donc égal à 4). Dans le pyrène (16 électrons délocalisés), seuls les électrons π périphériques sont pris en compte pour le caractère aromatique de ce composé soit 14 électrons (n = 3). 164 Chimie organique 2 2 2 NH N N NH M2 2 2 2 HN N 2 N N N 2 HN N N 2 porphine porphyrines 26 électrons délocalisés dans le système cyclique en pointillé: 18 électrons = (4n + 2) avec n = 4 (porphines substituées par divers groupes) hèmes M = Fe, Cu, Mn... hémoglobine M = Fe 2 2 2 2 2 2 2 pyrène électrons π délocalisés: 16 nbre d'élecrons π périphériques: 14 = 4n + 2 avec (n = 3) Figure 5.24 5.6.10 – Composés cycliques polyèniques conjugués non aromatiques Le cyclobutadiène et le cyclooctatétraène font partie du groupe des annulènes, composés polyèniques conjugués cycliques, comme le benzène (qui pourrait être appelé le [6]annulène), mais ces deux composés ne sont pas aromatiques. Le nombre d’électrons π qui sembleraient délocalisés n’est pas égal à 4n + 2 avec n = un nombre entier. Par ailleurs, ils ne sont pas plans ce qui ne permet pas une délocalisation des électrons π, laquelle nécessite un recouvrement latéral d’orbitales « p » d’axes parallèles (figure 5.25). 165 5. Polarisation des liaisons cyclobutadiène ou cyclooctatétraène ou 4 annulène 8 annulène ou carbanion cyclopropènyle carbocation cyclopentadiènyle Br ion bromonium (dérivé d'alcyne) Figure 5.25 Le cyclobutadiène, le carbanion cyclopropènyle, le carbocation cyclopentadiènyle qui ont chacun 4n électrons délocalisés sont dits « composés antiaromatiques ». Ce sont des système chimiques très instables : on démontre dans le cas du carbanion cyclopropènyle qu’une forme limite prise isolément a une énergie interne plus faible que celle du système délocalisé, représenté par le cercle à l’intérieur du système cyclique. C’est le cas aussi d’intermédiaires réactionnels appelés ion pontés halonium, dérivés d’alcynes, dans lesquels les électrons π de la double liaison sont conjugués avec un doublet d’électrons de l’halogène (ici le brome) chargé positivement. 5.6.11 – Énergie de résonance des composés aromatiques La mésomérie ou la résonance dans une molécule donnée a pour conséquence une augmentation significative de sa stabilité par rapport à la même molécule considérée arbitrairement comme non résonnante. Cette différence de stabilité s’exprime de manière quantitative par l’énergie de résonance. Plus cette énergie est élevée, plus la molécule est stable. Pour déterminer l’énergie de résonance, on peut calculer soit la différence entre la valeur expérimentale de l’enthalpie de formation et celle calculée théoriquement à partir de la structure limite qui possède la plus basse énergie interne (la plus contributive), soit la différence entre la chaleur d’hydrogénation calculée théoriquement à partir de la structure limite de plus basse énergie, et celle obtenue par expérimentation. Dans ce dernier cas (schéma 5.27), le benzène est un bon exemple. Il a une de ses structures limites de plus basse énergie qui correspond à un « cyclohexa-1,3,5-triène » 166 Chimie organique figé (considéré ici théoriquement comme non résonnant, contrairement à la réalité physique, et seulement pour les besoins du calcul), la chaleur d’hydrogénation de cette molécule correspond donc à trois fois celle du cyclohexène qui est cyclique et possède une seule double liaison, soit – 110 kJ mol-1 × 3 = -330 kJ mol-1. La chaleur d’hydrogénation expérimentale du benzène est de – 206,3 kJ mol-1. On en déduit que l’énergie de résonance du benzène, différence entre ces deux valeurs, est donc de 123,7 kJ mol-1. Les valeurs des énergies de résonance de divers composés aromatiques, permettent de les classer en fonction de leur stabilité chimique. H2 - 110 kJ mol-1 cyclohexène cyclohexane 3 H2 - 330 kJ mol-1 (calculé: - 110kJ mol-1x 3) "cyclohexa-1,3,5-triène" -1 "benzène fictif non résonnant" ∆ = 123,7 kJ mol énergie de résonance 3 H2 - 206,3 kJ mol-1 (expérimental) benzène réel, résonant cyclohexane Schéma 5.27 Par exemple, dans la série du thiophène, pyrrole et furane (figure 5.26), les valeurs sont respectivement 120 kJ mol-1, 100 kJ mol-1 et 62,3 kJ mol-1, valeurs qui sont en accord avec les propriétés chimiques de ces composés : le thiophène réagit comme le benzène tandis que le furane a un faible caractère aromatique puisqu’il se comporte parfois comme un composé diènique (réactions d’additions). Ces différences sont liées aux configurations électroniques des hétéroéléments S, N et O et à leur électronégativité. Plus un élément est volumineux avec un numéro atomique Z élevé, comme le soufre dans cette série, plus les électrons de sa couche périphérique, ceux qui assurent les liaisons, sont moins retenus au noyau de l’atome. Cela assure une meilleure délocalisation des électrons du soufre et une plus forte aromaticité. Les électronégativités relatives de O (3,5), N (3) et S (3,5), expliquent aussi par l’effet inducteur électroattracteur –I, la plus difficile délocalisation des électrons dans le furane. N H S thiophène (120 O pyrrole kJ.mol -1 ) furane -1 (100 kJ.mol ) Figure 5.26 (62,3 kJ.mol -1) 167 5. Polarisation des liaisons D’une manière générale, l’énergie de résonance est d’autant plus élevée que la molécule ou l’ion résonnant a des structures limites équivalentes (ex : ion carboxylate, schéma 5.19) ou en nombre important. Note : Les valeurs des énergies de résonance peuvent varier d’un auteur à l’autre en raison des différentes techniques utilisées pour leurs calculs, mais elles restent proches. 5.6.12 – Orientations des réactions de substitution électrophile sur un benzène monosubstitué Dans le cas du benzène monosubstitué, il est possible de prévoir l’orientation des attaques des réactifs électrophiles à partir de l’effet inducteur ou mésomère du groupe qui substitue le benzène. Un réactif électrophile est soit une molécule qui possède un site à faible densité électronique, soit un ion chargé positivement (§ 6.8) comme le proton ou NO2+. Ce réactif attaque les sites les plus riches en électrons (à forte densité électronique) d’une autre molécule. +δ -δ H2C Rappel: 3 C H CH3 C H 2 4 1 5 -δ +δ H 2C Cl C H2 positions 2 et/ou 6: ortho positions 3 et/ou 5: méta position 4: para 6 effet inducteur - I effet inducteur+ I + δ' - δ' +δ - δ" CH3 - δ' + δ' toluène NO2 -δ CH2Cl + δ'' chlorure de benzyle NO2 réactif électrophile attaques en positions ortho et para attaques en positions méta Figure 5.27 Dans le toluène, le groupe méthyle exerce un effet inducteur +I, qui se transmet à travers les doubles liaisons du benzène en créant des dissymétries électroniques (figure 5.27). Il en résulte que certains atomes de carbone, en positions ortho et para, ont des densités électroniques relativement plus élevées que celles des carbones en positions méta. Elles sont symbolisées par -δ’, -δ’’. La somme des charges partielles négatives de ces carbones est égale à la charge positive portée par le groupe à effet inducteur électrodonneur + I, et dans ce cas, le groupe méthyle. L’attaque des réactifs électrophiles sera donc orientée sur les positions ortho et para à plus fortes densités électroniques. 168 Chimie organique Le phénomène s’inverse avec un substituant à effet inducteur – I comme le groupe chlorométhyle du chlorure de benzyle. Les substituants à effet mésomère orientent aussi les attaques des réactifs électrophiles (schéma 5.28). Dans ce cas, les formes limites permettent de prévoir les densités électroniques des atomes de carbone du cycle. Ceux qui portent une charge positive dans les différentes formes limites auront une faible densité électronique et inversement pour ceux qui portent une charge négative. Effet mésomère électroattracteur -M O O O CH3 CH3 CH3 O O CH3 CH3 NO2 O CH3 NO2 attaques de NO2+ en positions méta Le réactif électrophile NO2+ attaque les carbones du cycle qui n'ont jamais de charge positive dans les formes limites Effet mésomère électrodonneur +M O CH3 O O CH3 CH3 +M NO2 O CH3 O CH3 NO2 O CH3 NO2 attaques de NO2+ en positions ortho et para Schéma 5.28 169 5. Polarisation des liaisons L’acétophénone porte un groupe CO-CH3 à effet –M, les carbones en positions ortho et para portent une charge positive dans les formes limites de ce composé. Ce sont donc les atomes de carbone en position méta, de densité électronique relative plus élevée, qui seront attaqués le plus facilement par un réactif électrophile. L’effet inverse est observé avec le méthoxybenzène car le groupe O-CH3 a un effet +M. Les positions ortho et para seront attaquées par un réactif électrophile. Remarque : Les flèches indiquant les attaques des réactifs électrophiles sur le benzène et ses dérivés sont trompeuses et à l'inverse de celles décrivant le mécanisme de substitution (schéma 6.18) : en effet, c'est toujours le réactif le plus riche en électrons (nucléophile), dans ce cas le benzène ou ses dérivés, qui peut apporter des électrons au réactif le plus pauvre en électrons (électrophile, ici l'ion NO2+), et jamais l'inverse. 5.7 Équation de Hammett L’équation de Hammett permet de relier les constantes de vitesse d’une réaction donnée (ou les constantes d’équilibre pour les réactions réversibles) pour deux molécules de même espèce chimique (par exemple, acide benzoïque et ses dérivés monosubstitués par un groupe Z) aux effets électroniques, d’induction ou de champ du substituant Z. Elle est de la forme, log10 Kz K0 ρσ avec : Ko, constante de vitesse (ou d’équilibre) pour la réaction avec le composé non substitué (Z = H), Kz, constante de vitesse (ou d’équilibre) pour la réaction avec le composé substitué par le substituant Z, U (rho) est un nombre qui est caractéristique d’une réaction donnée, et qui dépend de la sensibilité de la réaction aux effets électroniques, d’induction et de champ, et des conditions expérimentales dans lesquelles s’effectue la réaction, V est directement lié à la nature du substituant Z et caractérise son influence (électronique, induction, et champ) sur la vitesse de la réaction. Lorsque l’équation de Hammett avec K0 et KZ, constantes d’équilibres, est appliquée à la réaction équilibrée d’ionisation de Z-Ph-COOH dans l’eau à 25 °C, ρ est, par convention, égal à 1. Z-C6H5-COOH + H2O K Z-C6H5-COO + H3O Dans ce cas, σ est égal au logarithme décimal du rapport des constantes d’équilibres Kz et K0 et deux séries de valeurs sont expérimentalement définies σm et σp selon la position de Z sur le cycle (en méta ou para). L’équation de Hammet n’est pas utilisable pour les composés substitués en position ortho. Si les valeurs de V sont positives (Kz > K0), le substituant Z est un groupe électroattracteur, s’il est négatif, (Kz < K0), le substituant Z est électrodonneur. Lorsqu’on connaît quelques valeurs de σ, on peut représenter log 170 Chimie organique KZ / K0. C’est une droite de pente ρ. Il est alors possible de définir la valeur de KZ pour des réactions nouvelles. Les valeurs de ρ négatives (pentes négatives) correspondent à des réactions favorisées par une augmentation de la densité électronique au site réactif et celles qui sont favorisées par une faible densité électronique au site réactif ont des valeurs de ρ positives. Les valeurs de ρ sont connues pour environ 200 réactions. Cinq exemples sont donnés dans le schéma 5.29. 1) réaction irréversible: K est la constante de vitesse K + HO COOEt COO ρ = 2,43 + EtOH Z Z 2) réaction réversible : K est la constante d'équilibre Z Z Z NH3 + H2 O CH2-COOH K NH2 Z + H 2O (CH2)2-COOH + H2O CH2-COO Z + H 3O (CH2)2-COO Z ρ = 2,77 + H 3O ρ = 0,49 + H 3O ρ = 0,21 Schéma 5.29 Inversement, on peut définir la valeur de σ si les valeurs de Ko et Kz sont connues pour diverses réactions. Ces valeurs sont données pour quelques substituants Z classiques dans le tableau 5.8, et sont valables pour des réactions où les molécules d’une même série contenant Z subissent une attaque nucléophile, électrophile ou radicalaire selon un mécanisme semblable. substituants -OH -OCH3 -NH2 -CH3 -H -Cl -CF3 -NO2 σm + 0,12 + 0,12 - 0,16 - 0,007 0 + 0,37 + 0,43 + 0,71 σp - 0,37 - 0,27 - 0,66 - 0,17 0 + 0,23 + 0,54 + 0,78 σ+m 0,05 - 0,16 - 0,10 0 +0,40 +0,57 +0,73 σ +p - 0,92 - 0,78 - 1,13 - 0,31 0 +0,11 +0,79 σ −p 0 +1,27 note: selon les auteurs, ces valeurs peuvent varier légèrement. Les valeurs non indiquées sont inconnues. Tableau 5.8 171 5. Polarisation des liaisons Il existe des réactions pour lesquelles le site d’attaque est le cycle lui-même (comme les substitutions électrophiles § 8.2), dans ce cas, le groupe Z peut intervenir dans l’état de transition. Si une résonance est possible, la charge est délocalisée y compris dans Z (comme dans la réaction du schéma 5.30) ce qui conduit à deux nouvelles séries de σ affectés de signes positifs ou négatifs, σ+ et σ–. Si le groupe Z est électrodonneur + M et la charge délocalisée de l’état de transition est positive, on utilise σ+. OMe NO2 O2N -H O N 2 OMe OMe (Z à effet +M) Schéma 5.30 Inversement, si Z est un groupe électroattracteur –M et que la charge délocalisée de l’état de transition est négative, on utilise σ– (cas plus rare). Les valeurs de σ+m et σ+p ainsi qu’une valeur de σ–p sont indiquées dans le tableau 5.8. 5.8 Les liaisons hydrogènes Lorsqu’un atome d’hydrogène est lié à un hétéroatome très électronégatif comme l’oxygène, l’azote ou le fluor, et à un moindre degré avec le chlore ou le soufre, l’effet inducteur –I de cet hétéroatome a pour résultat de rendre l’hydrogène acide ce qui correspond à l’établissement d’une charge partielle positive. Cette charge lui permet de créer des associations moléculaires ou intramoléculaires, dues à des interactions électrostatiques, appelées liaisons hydrogènes avec des hétéroéléments porteurs d’une charge partielle négative, oxygène, azote, fluor. C’est ce qui explique les associations moléculaires de l’eau, des alcools, de l’acide fluorhydrique, mais aussi de l’ammoniac (figure 5.28). H O H H H +δ H H +δ O -δ O H O H +δ R H H O H -δ F +δ H -δ F R R alcool eau +δ H -δ +δ F H H N +δ H H acide fluorhydrique H H ammoniac Figure 5.28 -δ N O 172 Chimie organique Si on considère la liaison Y-H où Y est un atome électronégatif, plus cette électronégativité sera élevée, et plus la charge partielle positive portée par l’hydrogène sera importante. Dans la mesure où l’atome d’hydrogène est petit, la charge est « concentrée » et la force électrostatique importante. De même, la « concentration » de la charge partielle négative est d’autant plus importante pour les éléments électronégatifs que l’atome correspondant a un faible volume, ce qui est le cas de F, O et N, et explique les très faibles liaisons hydrogènes avec le chlore pourtant d’électronégativité proche de celle de l’azote mais de volume atomique plus élevé. L’énergie d’une liaison hydrogène est nettement plus faible qu’une liaison normale interatomique et inférieure à 41,84 kJ mol-1, valeur la plus élevée correspondant à la liaison de ce type entre molécules d’acide fluorhydrique H-F---H-F-. D’autres valeurs peuvent être données : HO---H (29,29 kJ mol-1), HN---H (8,37 kJ mol-1). Ces énergies de liaison expliquent la raison pour laquelle des composés analogues comme l’eau, H2O, et l’acide sulfhydrique, H2S, présentent une différence de points d’ébullition conséquente, respectivement 100 °C et – 60 °C : en effet, l’acide sulfhydrique est un gaz à 25 °C. Les molécules d’eau sont associées par des liaisons hydrogènes tandis que celles d’acide sulfhydrique ne le sont pas. Pour que l’eau passe à l’état gazeux, il est donc nécessaire de rompre les liaisons hydrogènes ce qui suppose un apport d’énergie donc un point d’ébullition plus élevée. Cette remarque est valable aussi pour les alcools et thiols de faibles masses. Ce type de liaisons joue un rôle important dans l’ionisation des molécules d’halogénures d’alkyles RX par les alcools polaires protiques R’OH dans la première partie du mécanisme de substitution nucléophile SN1 (§ 8.1.3) bien que les énergies de ces liaisons O-H---X soient très faibles puisque formées entre OH et des halogènes dont les volumes sont importants (sauf pour le fluor). Des liaisons hydrogènes peuvent se créer avec les carbones hybridés « sp2 » et « sp3» car dans ces cas, l’électronégativité des carbones impliqués augmente. Quelques exemples de liaisons hydrogènes intramoléculaires sont donnés dans le schéma 5.31. O H O R A) C R O H B) O C O O C C Me association bimoléculaire des acides carboxyliques de faibles masses H O C H2 O O N D) O salicylaldéhyde H 8-hydroxyquinoléine Me acétylacétone H C) O E) N H H N Me H O Me C H forme énolique stabilisée par une liaison hydrogène prépondérance de cette forme tautomère O H N N O H O trans-indigotine structure o-quinonoïde stabilisée par deux liaisons hydrogènes (responsable de la couleur bleue de cette substance) Schéma 5.31 5. Polarisation des liaisons 173 Les acides carboxyliques de faibles masses, comme l’acide acétique, existent à température ordinaire sous forme de dimères (A). Les molécules sont retenues entre elles par deux liaisons hydrogènes : celles-ci doivent être rompues pour passer à l’état gazeux ce qui explique une valeur anormalement élevée des points d’ébullition de ces composés. Certains composés β-dicarbonylés comme l’acétylacétone (B), l’acétoacétate d’éthyle, CH3-CO-CH2-COOEt, ou le malonate d’éthyle, CH2(COOEt)2 sont en équilibre chacun avec une forme énolique qui est stabilisée par une liaison hydrogène intramoléculaire, ce qui la rend prépondérante. Le salicylaldéhyde (C) et les sels de l’acide salicylique présentent des liaisons hydrogènes intramoléculaires qui stabilisent leurs structures, au même titre que la 8-hydroxyquinoléine (D). La conjugaison de nombreuses doubles liaisons absorbe une partie de la lumière donnant une couleur au composé correspondant. Dans le cas de l’indigotine qui existe sous formes cis (non représentée) et trans (E) qui est en équilibre avec une forme stabilisée par deux liaisons hydrogènes, cette dernière présente de nombreuses doubles liaisons conjuguées, ce qui lui donne une coloration bleue indigo caractéristique. Enfin, les liaisons hydrogènes ont un rôle prépondérant dans les conformations de nombreuses molécules d’origine naturelles comme les acides nucléiques. Chapitre 6 Entités réactives Sommaire : 6.1 La réaction ...................................................................................................... 178 6.2 Le milieu réactionnel ..................................................................................... 179 6.3 Les solvants ..................................................................................................... 180 6.4 Les catalyseurs (notion plus développée au § 7.3) .................................. 182 6.5 Les réactifs nucléophiles ............................................................................... 183 6.6 Les centres nucléophiles ou sites nucléophiles ......................................... 183 6.7 Le caractère nucléophile et le caractère basique d’une fonction ......... 183 6.8 Les réactifs électrophiles .............................................................................. 185 6.9 Les centres ou sites électrophiles ................................................................ 185 6.10 Les entités chimiques résultant de la rupture d’une liaison ............... 186 6.11 Les carbocations ou ions carbonium ........................................................ 187 6.11.1 – Structure ........................................................................................... 187 6.11.2 – Stabilité ............................................................................................ 188 6.11.3 – Formations ........................................................................................ 190 6.11.3a – Ionisation d’une liaison entre un groupe carboné R et un groupe sortant ............................................................. 6.11.3b – Action de sels d’argent sur les halogénures .......................... 6.11.3c – Action des acides de Lewis sur les halogénures .................... 6.11.3d – Protonation de liaisons insaturées ........................................ 6.11.3e – Action d’un réactif électrophile sur un composé aromatique .. 6.11.3f – Action des acides forts sur les alcools tertiaires ou secondaires, les hémiacétals et acétals 190 191 191 191 194 194 176 Chimie organique 6.11.3g – Décomposition des sels de diazonium .................................. 195 6.11.3h – Utilisation des superacides .................................................. 196 6.11.4 – Réactions des carbocations .............................................................. 197 6.11.4a – Réarrangements par transpositions, et éliminations d’un proton porté par un carbone en α du carbone chargé (CαH) 197 6.11.4b – Réactions avec les réactifs nucléophiles ............................... 206 6.11.4c – Réactions avec les alcènes et polymérisations ...................... 207 6.12 Les radicaux ................................................................................................. 208 6.12.1 – Structures ......................................................................................... 209 6.12.2 – Formations et stabilité ..................................................................... 209 6.12.3 – Les radicaux nucléophiles et électrophiles ........................................ 215 6.12.4 – Les réactions de Minisci ................................................................... 216 6.12.5 – Les réactions radicalaires ................................................................. 217 6.12.5.a – Dismutation (ou disproportionation) .................................. 6.12.5.b – Couplage radicalaire ........................................................... • 6.12.5.c – Stabilisation de radicaux par échange de radical H entre radical instable et alcane ramifié ............................... 6.12.5.d – Réactions de substitution ................................................... 6.12.5.e – Additions de radicaux sur les doubles liaisons .................... 6.12.5.f – Polymérisation vinylique ..................................................... 6.12.5.g – Auto-oxydation des composés organiques .......................... 6.12.5.h – Décarboxylation d’anions carboxylates : synthèse des alcanes selon la réaction de Kolbe ................. 6.12.5.i – Réarrangements .................................................................. 217 218 218 219 224 230 232 234 235 6.12.6 – Le radical-cation .............................................................................. 235 6.12.7 – Le radical-anion ............................................................................... 236 6.12.8 – Le biradical ou diradical .................................................................. 237 6.13 – Les carbanions .......................................................................................... 237 6.13.1 – Formations ....................................................................................... 238 6.13.2 – Stabilité ............................................................................................ 241 6.13.3 – Structures ......................................................................................... 244 6.13.4 – Réactions (généralités et réarrangements) ....................................... 245 6.14 Les carbènes ................................................................................................. 247 6.14.1 – Formations ....................................................................................... 247 6.14.2 – Réactivité et stabilité ....................................................................... 249 6.14.2a – Additions sur les alcènes ..................................................... 6.14.2b – Additions sur les alcynes et les allènes ................................ 6.14.2c – Insertion d’un carbène dans une liaison C-H d’un alcane .... 6.14.2d – Réarrangements .................................................................. 6.14.2e – Formations de radicaux à partir de carbènes ...................... 250 254 254 255 255 6. Entités réactives 177 6.15 Les nitrènes ................................................................................................... 255 6.15.1 – Formations ........................................................................................ 256 6.15.2 – Réactions .......................................................................................... 257 6.15.2a – Additions .............................................................................. 6.15.2b – Insertion dans une liaison C-H ............................................. 6.15.2c – Dimérisation ......................................................................... 6.15.2d – Echange d’atome d’hydrogène avec un alcane ..................... 6.15.2e – Réarrangements .................................................................... 257 259 259 260 260 6.16 Les composés 1,3-dipolaires ou dipoles-1,3 ............................................. 267 6.17 Les ylures ....................................................................................................... 268 C’est le cas le plus général en chimie organique. elle est le résultat physique et chimique de la mise en présence de réactifs (ou réactants) qui. ou le carbone 13C ou 14C (radioactif) à la place de 12C pour « suivre » le devenir de certains atomes dans le déroulement de la réaction. ce qui est très rare. durant lesquelles sont produites des entités intermédiaires réactives (carbocations. au contraire. de la température.4). Dans ce cas. – l’identification des produits dits secondaires (composés en faibles quantités à côté des produits principaux de la réaction) qui peuvent donner des indications sur des intermédiaires possibles. de la polarité du solvant. ou en des composés de plus faibles masses (ex : décompositions sous l’effet de la chaleur). – la détection par des techniques physicochimiques de la présence d’intermédiaires réactionnels (par exemple. la réaction est dite élémentaire. Certaines réactions sont des transformations chimiques ou physiques d’une seule molécule de structure donnée en une nouvelle (ex : réarrangements intramoléculaires). carbanions. Pour déterminer les mécanismes réactionnels impliqués dans une réaction complexe donnée. – l’étude de la stéréochimie des composés formés en fonction de celle des réactants. moins d’importance. et dont l’existence très courte n’est démontrée. qu’en utilisant des techniques physicochimiques. sous l’influence ou non d’effets physiques (chaleur. – le piégeage des entités intermédiaires. Quand les produits d’une réaction sont formés par une simple collision entre les réactants. Ce réactif réagira avec l’entité intermédiaire en formant un nouveau composé facilement identifiable. la présence de radicaux par la résonance paramagnétique électronique ou RPE). le milieu a. les principales méthodes utilisées sont : – les études cinétiques qui enregistrent l’augmentation ou la diminution de la vitesse de formation des produits finaux en fonction des concentrations en chaque réactant. pour l’hydrogène.178 Chimie organique 6. dans la plupart des cas. Il existe alors un mécanisme réactionnel. réagissent entre eux. du rayonnement. il conduira à l’inhibition de la réaction étudiée. souvent difficilement isolables. radicaux. en raison de l’antagonisme des fonctions qu’ils portent chacun. Si. . pour créer de nouvelles molécules. et par piègeage de cet intermédiaire. rayonnement). la réaction s’effectue via diverses étapes. – l’étude de l’influence de la polarité des solvants : les réactions qui ont pour intermédiaires des composés ioniques se font plus facilement dans les solvants polaires. et avec l’aide ou non d’un catalyseur (§ 6. en additionnant au milieu un réactif qui leur est très spécifique. de la pression. – l’utilisation de molécules marquées avec des isotopes comme le deutérium 2H ou le tritium (radioactif) 3H. sans qu’il se forme de composés intermédiaires. ou par piégeages. Lorsque les intermédiaires sont des radicaux. nitrènes…). dans la plupart des cas. l’écriture de la réaction où ne sont indiqués que les différents réactifs de départ et les produits finaux séparés par une flèche est insuffisante puisque cette écriture est seulement le bilan de plusieurs réactions où se forment et interviennent des entités réactives. carbènes.1 La réaction Représentée sous forme d’une équation chimique. la réaction est dite complexe. lorsqu’elles sont liquides comme celles indiquées. le plus souvent liquide). Les réactions irréversibles sont caractérisées par une flèche unique dirigée de gauche à droite. p-CH3C6H4SO3H. Le retrait d’un composé intervenant dans l’équilibre par une technique classique. Dans ce dernier cas. parmi de nombreuses autres. alcools). à sec. la réaction peut avoir lieu de gauche à droite ou de droite à gauche . l’utilisation de composés insolubles dans les solvants organiques. un solide et un liquide). Afin d’augmenter la surface de contact avec les autres réactants. Il est rendu basique par l’addition de bases minérales ou organiques. ils sont déposés sous forme de couche monomoléculaire sur des supports solides inertes (ex : carbonate d’argent. Certaines réactions comme l’hydrogénation nécessitent l’emploi de « bombes » en acier inoxydable. la pression peut être de un à quelques bars. Les bases minérales les plus employées sont les hydroxydes et carbonates alcalins et les bases organiques.2 Le milieu réactionnel La plupart des réactions en chimie organique se font mieux en milieu homogène (une seule phase. . son orientation dépend de la loi d’action de masse (voir cours de chimie générale). Et3N. (réaction équilibrée) ou irréversible. pression) mais non des catalyseurs qui n’agissent que sur la vitesse de la réaction. lesquelles contiennent le composé à hydrogéner en solution dans un solvant. 6. Les réactifs gazeux réagissent très souvent par barbotage dans une solution du second réactif. terre de diatomées inerte chimiquement). le milieu peut être neutre. Le milieu est rendu acide par addition d’acides minéraux dans un solvant dans lequel ils sont miscibles (eau. mais dans certains cas. et parfois un catalyseur. la réaction ne peut avoir lieu qu’à la surface du solide. dans certains cas. Toutefois. ou organiques (comme l’acide acétique CH3COOH qui peut servir de solvant. Ce type de réaction est caractérisé par une double flèche inversée. Le cas le plus classique est l’estérification des acides en milieu acide. peut largement dépasser 100 bars. Parfois. Dans le premier cas. le plus souvent deux. par exemple. la distillation continue. Elles sont reliées par un tube d’acier à une bouteille d’hydrogène munie d’un manomètre. ou l’acide para-toluènesulfonique.6. elles peuvent servir de solvants. En solution. c’est-à-dire des proportions de chacun des réactifs au début de la réaction et des conditions opératoires (température. Dans ce cas. C5H5N et la triéthylamine. Peu de réactions en chimie organique ont lieu en phase gazeuse. oxydant solide déposé sur de la célite. la pyridine. Dans ces réactions. Ces conditions facilitent les interactions entre réactants. le plus souvent minéraux. Certaines réactions se font par chauffage de mélanges de composés en poudre. basique ou acide. les réactants étant en solution dans un solvant. permet d’orienter la réaction vers la formation du produit extrait du milieu réactionnel. ces réactants solides sont réduits en poudres très fines. composé solide soluble dans de nombreux solvants organiques et ajouté en faibles quantités comme catalyseur acide). oblige à effectuer la réaction en milieu hétérogène (plusieurs phases. Les produits formés dans ce type de réaction ne peuvent plus réagir l’un sur l’autre dans les conditions normales de cette réaction. Toutefois. sans solvant. Entités réactives 179 Un autre caractère d’une réaction est son caractère réversible. certaines oxydations ont lieu par passage de vapeurs sur un composé solide chauffé. présentent . on distingue les solvants polaires protiques et aprotiques. Dans ce cas.l)-isopropanol (Eb : 82°C) CH3 CH3 H O CH2-(CH2)2-CH3 n-butanol (Eb : 118°C) H O CH CH2-CH3 (d. pour leur majorité.3). Les solvants polaires ont une structure moléculaire qui présente un moment dipolaire élevé ce qui facilite la solubilisation des molécules polaires (molécules présentant un dipôle) par associations intermoléculaires entre dipôles. DMSO. Les plus classiques sont indiqués ci-après. Lorsqu’un rayonnement UV (utraviolet) est nécessaire.8) avec Y ce qui facilite l’ionisation. dans la mesure où les composés organiques. Dans le cas contraire. est mis en œuvre. DMF. le diméthylformamide. et. 6. voire de libérer un proton dans certaines réactions. Si leur fonction est susceptible de former des liaisons hydrogènes. et le diméthylsulfoxyde. un barbotage d’azote ou d’argon.180 Chimie organique Souvent.l)-s-butanol (Eb : 99°C) H O C CH3 CH3 t-butanol (Eb : 83°C) CH3COOH acide acétique (Eb : 118°C) Comme les solvants polaires protiques. Elles sont alors réalisées sous atmosphère inerte. la réaction est effectuée dans un appareil en quartz (silice pure) car le verre de laboratoire absorbe en partie ce rayonnement. les solvants polaires aprotiques sont d’excellents solvants.1. les solvants peu polaires ou semi-polaires et les solvants non polaires ou apolaires.3 et 11. H O H eau (Eb : 100°C) H O CH2-CH3 H O CH3 méthanol (Eb : 65°C) H O CH2-CH2-CH3 n-propanol (Eb : 97°C) éthanol (Eb : 78°C) CH3 H O CH CH2-CH3 (d. car elle augmente la fréquence des chocs intermoléculaires et.3 Les solvants Parmi les solvants employés couramment en chimie organique. L’utilisation des microondes peut être utile dans certains cas. Afin d’augmenter le contact entre réactants et de rendre homogène le milieu réactionnel. le solvant polaire est aprotique. la vitesse des réactions. par conséquent. Les solvants polaires protiques sont nécessaires pour effectuer des réactions qui nécessitent l’ionisation d’une liaison C-Y très polarisée où Y exerce un effet électroattracteur -I (voir mécanisme SN1 et E1). les réactions nécessitent l’absence de contact avec l’oxygène de l’air afin d’éviter des réactions d’oxydations inopinées d’un réactant ou d’un composé final. une agitation réalisée par un appareil est nécessaire. en particulier. Le solvant forme des liaisons hydrogènes (§ 5. (§ 8. le solvant est dit protique. comme le diéthyl éther ou le tétrahydrofurane ou THF : ils s’associent avec les acides de Lewis pour former des sels au sens de Lewis comme avec le trifluorure de bore BF3. 2 Et2O. par exemple : RMgX.181 6. Certains ont un rôle de base de Lewis en raison de la présence d’hétéroéléments comme l’oxygène.4-dioxane (Eb : 101°C) CH2Cl2 chloroforme (Eb : 61°C) dichlorométhane ou chlorure de méthylène (Eb : 39°C) CH3 CH3 H3C toluène (Eb : 110°C) p-xylène ( Eb : 138°C) Les solvants non polaires ou apolaires correspondent à des molécules qui ne présentent pas de moment dipolaire permanent en raison de leurs structures symétriques . Entités réactives un moment dipolaire. Ils sont présentés ci-après. H3 C CH3 N CH3 N H3 C N CH O S O H3C H3C CH3 pyridine (Eb : 115°C) triéthylamine (Eb : 89°C) H3C H3C H 3C diméthylformamide ou DMF (Eb : 153°C) diméthylsulfoxyde ou DMSO (Eb : 189°C) CH3 O N H3C C P O N H3 C N O H3 C CH3 acétone ou propanone (Eb : 56°C) acétonitrile (Eb : 81°C) H3C CH 3 C N O nitrométhane (Eb : 102°C) hexaméthylphosphotriamide ou HMPT (Eb : 232°C / 740 mm Hg) Cl NO2 nitrobenzène (Eb : 210°C) chlorobenzène (Eb : 130°C) Les solvants semi-polaires sont des composés qui ont un moment dipolaire peu élevé. O CH3COOC2H5 C2H5-O-C2H5 diéthyl éther (Eb : 35°C) O O tétrahydrofurane ou THF (Eb : 66°C) HCCl3 acétate d'éthyle (Eb : 77°C) 1. Ils sont tous aprotiques. Certains sont basiques comme la pyridine et la triéthylamine. qui leur confère des propriétés de bases de Lewis. ou des complexes avec les organomagnésiens. Comme indiqué dans le paragraphe précédent. ils peuvent intervenir dans les réactions comme catalyseurs en prenant part au mécanisme réactionnel. C’est souvent exact pour les catalyseurs acides (ex : acides minéraux ou organiques). moins toxiques. C6H14 ( Eb : 69°C). C’est le cas des enzymes qui facilitent par leurs structures les interactions entre divers composés biologiques ou non. (ex : nickel de Raney. ce qui diminue l’énergie d’activation qui aurait été nécessaire pour effectuer cette réaction en son absence. Les quantités de catalyseur ajoutées à une réaction sont théoriquement très inférieures à la stœchiométrie de la réaction. réutilisés pour une nouvelle réaction. alcoolates alcalins. pentane.4 Les catalyseurs (notion plus développée au § 7. Il est possible aussi que le solvant serve de catalyseur comme la pyridine ou l’acide acétique. ou minéraux (acides de Lewis comme AlCl3. tant sur la nature des produits formés que sur les rendements. les catalyseurs organiques comme les alcoolates peuvent. éthers de pétrole: mélanges en quantités varées d'alcanes indiqués ci-dessus CCl4 cyclohexane(Eb : 81°C) tétrachlorure de carbone (Eb: 76°C) benzène (Eb : 79°C) (composé très toxique. ZnCl2. le catalyseur est perdu (ex : acides. et augmente sensiblement la vitesse.3) Un catalyseur est une substance minérale ou organique qui participe à une réaction en favorisant chimiquement la formation d’intermédiaires réactionnels (ex : additions d’acides ou de bases). n-hexane. Très souvent. être ajoutés au milieu réactionnel en quantités stœchiométriques afin qu’un réactif soit entièrement transformé en une entité réactive avant l’addition du second réactif. après lavage. souvent remplacé par le toluène) Le benzène n’est plus utilisé dans les laboratoires en raison de sa haute toxicité. et.…). pour des raisons expérimentales. hexane ou heptane. bases de Lewis comme la pyridine ou la triéthylamine). basiques (hydroxydes alcalins. nickel ou palladium). le palladium qui catalyse certaines hydrogénations peut servir aussi pour des déshydrogénations. carbures saturés: n-pentane : C5H12 (Eb : 36°C). Elles solubilisent plutôt des molécules non polaires. ils peuvent être récupérés par filtration. Par exemple. . n-heptane (Eb : 98°C). 6. ou les métaux finement divisés. Les catalyseurs peuvent être biologiques. Le catalyseur n’influe pas sur le résultat chimique de la réaction. Le catalyseur n’influe pas sur la composition du mélange de produits à l’équilibre. en permettant de meilleurs contacts entre réactants (nickel dans le processus d’hydrogénation des alcènes). Dans le cas de catalyseurs solides insolubles dans le solvant et parfois très coûteux. L’action d’un catalyseur est réversible. palladium). ou physiquement. dans certains cas. Il est remplacé par ses dérivés méthylés comme le toluène ou le xylène. ou un moment dipolaire très faible comme les alcanes. Par contre. Le catalyseur est entièrement présent en quantité et en qualité en fin de réaction.182 Chimie organique comme le benzène ou le tétrachlorure de carbone. Il s’agit. …) dans les éthers. en particulier. soit avec un atome d’un centre dit électrophile d’une molécule. mais aussi des doubles et triples liaisons. RNHR’ ou R-N(R’)-R . Entités réactives 6. ion thiolate R-S-. R-S-R’. R3P.5 Les réactifs nucléophiles Un réactif est dit nucléophile s’il est capable d’apporter un doublet d’électrons pour créer une liaison covalente. thioéthers. ion cyanure CN-.1) contiennent dans leurs structures moléculaires. N. phosphines. du soufre des thiols ou thioéthers. S. ion azoture N3. ion amidure NH2-.1 6. 6. amines. Les réactifs nucléophiles (rassemblés pour les plus classiques dans la figure 6.).7 Le caractère nucléophile et le caractère basique d’une fonction On utilise le terme « caractère nucléophile » pour une fonction. Caractère nucléophile décroissant R3 P > I > phosphine CN > R3N > R-O amines ion cyanure Autres exemples : R-S base de Lewis > Br ion thiolate O H Et > CH3-O-H > H2O méthanol carbanion R2 N acide de Lewis Et sel "au sens de Lewis " Et Et O R1 H >F ion carboxylate base de Lewis O R1 R2 N R3 > RCO2 acide conjugué de la base de Lewis H Et O > Cl ion phénate C Et Et > ion alcoolate + O BF3 BF3 Et H R3 Figure 6. soit une charge négative (anion) portée par un hétéroatome (ex : ion hydroxyde HO-. soit un ou plusieurs sites à forte densité électronique tels que les hétéroatomes (O. de l’azote des amines. qui portent des doublets d’électrons libres (ou non liants) et qui sont alors appelés bases de Lewis dans la mesure où elles sont capables de retenir un proton pour former un acide conjugué dans un équilibre acido-basique ou de former un « sel »au sens de Lewis avec un acide de Lewis.183 6. ou par un atome de carbone (carbanion R3C-). R-O-R’. RNH2.6 Les centres nucléophiles ou sites nucléophiles Chaque site à forte densité électronique dans une molécule est considéré comme centre ou site nucléophile. lorsque ses réactions font intervenir des doublets d’électrons non liants de ses hétéroéléments ou les électrons . ion alcoolate R-O-. soit avec un atome déficitaire en électrons comme le proton H+. Il peut s’agir aussi d’un atome chargé négativement comme un carbanion. de l’oxygène des fonctions alcools ou éthers. un fort caractère basique.1 Les amines ont à la fois. et aussi.184 Chimie organique π de ses doubles liaisons. R-O-R’. R R O R R H caractère nucléophile de l'alcool O H H H (équilibre acido-basique) O R H caractère basique de l'alcool Schéma 6. et un caractère basique dans leurs équilibres acido-basiques en présence d’un acide fort (schéma 6. Par contre. l’oxygène des alcools leur confère à la fois un caractère nucléophile. par leurs réactions avec des entités portant des charges positives comme les carbocations dans la formation des éthers-oxydes.1). Par exemple. et malgré la présence d’une double liaison. un fort caractère nucléophile car de nombreuses réactions débutent par une attaque d’un site électrophile par le doublet libre de l’azote. R"' R R"' N R" R' R caractère nucléophile de l'amine N R" R' H H R N R" R' caractère basique de l'amine H C O C H O caractère basique de la fonction cétonique Schéma 6. son . puisqu’elles forment avec les acides. des sels comme les chlorhydrates ou sulfates qui sont des composés stables (schéma 6.2 L’oxygène d’une fonction carbonylée a un caractère basique dans la mesure où il peut retenir un proton. hors des équilibres acido-basiques dans lesquels intervient un proton.2). ester. R3C+). groupes électrophiles. le zinc dans ZnCl2. mais aussi par des acides organiques comme l’acide acétique. Ils acceptent un doublet d’électrons pour former une liaison covalente avec un atome à forte densité électronique. Entités réactives caractère nucléophile est inexistant. un carbone (carbocation. Hors le proton H+. amide et leurs analogues soufrés) ou celui de la fonction nitrile.3). 6. n’attaquent pas cet oxygène. Dans certains cas. un centre nucléophile. aldéhyde. ou bien un site à faible densité électronique comme l’aluminium dans AlCl3.9 Les centres ou sites électrophiles L’atome de carbone des fonctions carbonylées >C=O et thiocarbonylées >C=S (cétone. case quantique vide AlCl3 trichlorure d'aluminium acides de Lewis BF3 trifluorure de bore ZnCl2 chlorure de zinc R Cl chlorure d'alkyle AlCl3 Cl trichlorure d'aluminium Et AlCl3.8 Les réactifs électrophiles A l’inverse des réactifs nucléophiles. les réactifs électrophiles sont pauvres en électrons. H2SO4. CH3COOH. réactif électrophile est apporté par des acides minéraux forts HBr. On peut y ajouter BF3. les réactifs électrophiles contiennent une charge positive portée par un hétéroélément (ex : NO2+. sels dans lesquels l’ion métallique a une lacune électronique (une case quantique vide). -C≡N et des imines >C=N. Ces composés métalliques et BF3 sont appelés acides de Lewis. R complexe Et O BF3 Et diéthyl éther O BF3 Et trifluorure de bore diéthyléther trifluoroborate Schéma 6. les acides benzène sulfoniques (ex : acide para-toluène sulfonique p-CH3-C6H4-SO3H). parmi d’autres.représente un centre électrophile en raison de son déficit électronique résul- . Ils jouent un rôle important dans de nombreuses réactions comme catalyseurs (schéma 6. Br+. il ne se forme qu’une liaison de coordination (dans le cas d’électrophiles dérivés de métaux ou du bore). comme les carbocations. Les groupes chargés positivement.185 6.3 Le proton H+. R-N=N+…). 6. Ils ont un déficit électronique. HCl. des liaisons ioniques avec un caractère covalent plus ou moins important en fonction du milieu (C-Na et C-K ont un fort caractère ionique. il acquiert ainsi une charge négative.1) (schéma 6.5 Dans le second cas. CF3SO3-. par contre.(sauf le fluor). rupture hétérolytique d’une liaison ou hétérolyse (schéma 6. Les entités carbonées chargées ainsi formées sont respectivement un carbanion ou un carbocation selon que l’atome de carbone est chargé négativement ou positivement. l’oxygène. dès leurs formations. donc homolyse de la liaison.186 Chimie organique tant de la présence d’un atome électronégatif. chaque atome participant à la liaison reprend l’électron qu’il avait mis en commun en formant la liaison de covalence : il en résulte deux entités réactives non chargées appelées radicaux libres (schéma 6. tosylate. l’atome le plus électronégatif emporte avec lui le doublet de liaison. p-CH3-C6H4-SO3-. les liaisons C-Na. comme les groupes partants (ou sortants) : groupes mésylate. et l’autre.4 6. peut s’effectuer de manière homolytique ou hétérolytique. dans la fonction. C-K ou C-Li sont le plus souvent. . lorsque la rupture est homolytique. En fait.6). Cet atome de carbone est donc facilement attaqué par les réactifs nucléophiles.(des anions). C-Li a souvent un fort caractère covalent). qui ont aussi une aptitude nucléofuge élevée (voir substitution nucléophile SN2 § 8. et les halogènes X. Dans le premier cas. rupture homolytique de la liaison C-Y: C Y C + Y 2 radicaux libres Schéma 6.4). une charge positive.5).10 Les entités chimiques résultant de la rupture d’une liaison La rupture d’une liaison covalente entre un carbone et tout autre élément y compris un autre atome de carbone. le soufre ou l’azote. +δ C Nu +δ −δ ou −δ C O Nu Nu Cl ou Nu Schéma 6. Les solvants très polaires favorisent le caractère ionique de ces liaisons. triflate. CH3SO3-. Il en est de même des carbones liés à un groupe à fort effet inducteur électroattracteur –I. Elles sont accompagnées de contre-ions Y+ (souvent des cations métalliques) ou X. un électron est manquant (schéma 6. Ce sont des réactifs électrophiles. Nu attaque au-dessus du plan du carbocation orbitale "p" vide C* R3 R3 C R1 R2 R1 R2 R1 Nu R2 R3 attaque en dessous du plan du carbocation C* R1 = R 2 = R 3 Nu couple d'énantiomères en quantités égales (racémique) Schéma 6.11 Les carbocations ou ions carbonium Ce sont des groupes organiques dont l’un des atomes de carbone porte une charge positive : elle résulte de la perte d’un électron lors de l’hétérolyse d’une liaison avec un groupe partant (ou sortant) (schémas 6.7).7).7 .1 – Structure Les trois liaisons du carbone chargé positivement se situent dans un plan.187 6. Elles forment entre elles des angles de 120q. Ruptures hétérolytiques des liaisons: C Y C Y= métal C Y + carbanion C X X + carbocation X= halogène ou groupe partant (par exemple O-SO2-C6H5) Schéma 6.11. Cette structure s’apparente à celle du carbone hybridé « sp2 » mais avec une différence importante. l’orbitale « p » est vide.6 et 6.6 6. Entités réactives 6. Les réactions dont un intermédiaire est un carbocation sont racémisantes pour le carbone concerné. et aussi aux possibilités d’hyperconjugaison (§ 5. ce qui conduit. R3 représentent des groupes alkyles H3C H 3C H3C C H3C carbocation tertiobutyle > H3 C H3 C C > C H H carbocation isopropyle orbitale hybridée sp3 du carbone α H H carbocation éthyle > H C H carbocation méthyle orbitale "p" vide H C C hyperconjugaison Figure 6. et à un mélange d’énantiomères en quantités égales (un racémique) s’il n’existe pas d’autres centres d’asymétrie dans la molécule. Les groupes à effet inducteur donneur +I. eux-mêmes plus stables que les carbocations primaires.3).2 – Stabilité La stabilité des carbocations est fonction des effets inducteurs.2 . des réactions de substitutions nucléophiles monomoléculaires SN1 (§ 8. en particulier. deux diastéréoisomères sont obtenus. et/ou mésomères des groupes liés au carbone chargé. C’est le cas. à deux carbones asymétriques de configurations inversées. 6. Dans le cas contraire.6. mais ces derniers sont toutefois plus stables que le carbocation méthyle.11. comme les groupes alkyles stabilisent la charge positive du carbone.1.7) avec des liaisons CαH. R2. Les carbocations aliphatiques tertiaires (dont le C+ est lié à trois groupes alkyles) sont donc plus stables que les carbocations secondaires. si les trois substituants de ce carbone sont différents.188 Chimie organique Le carbone chargé dans cette structure plane peut donc être attaqué de part et d’autre de ce plan. R2 R1 R1 R1 C R3 carbocation tertiaire C > R2 > H H H C > H H carbocation secondaire C H carbocation méthyle carbocation primaire R1. mercaptométhyle. C’est le cas des carbocations cyclopropènyle et tropylium (et de leurs dérivés alkylés) (schéma 6. avec n = 0) carbocation tropylium aromatique (4n + 2 = 6. C’est le cas pour les carbocations allylique. La charge du carbocation benzylique est aussi délocalisée sur le cycle benzènique (schéma 6. Plus le carbocation aura de possibilités d’hyperconjugaisons. aminométhyle et leurs dérivés substitués. carbocation cyclopropènyle aromatique (4n + 2 = 2. H2C CH CH2 H2C CH CH2 carbocation allylique H3 C H3C H2 C O H H2C O H N N CH2 CH2 H3C H 3C carbocation diméthylaminométhyle carbocation hydroxyméthyle CH2 CH2 carbocation benzylique Schéma 6.189 6. hydroxyméthyle.2).9). plus sa stabilité sera renforcée.9 .8 Certains carbocations cycliques sont stabilisés par aromatisation.8). Entités réactives La possibilité d’hyperconjugaison avec une liaison CαH (recouvrement de l’orbitale « p » vide du carbone chargé et d’une orbitale hybridée « sp3 » de CαH) est un facteur de stabilisation (figure 6. avec n = 1) Schéma 6. C’est le cas pour le radical tertiobutyle avec 9 CαH. La possibilité d’une résonance entre le carbocation et une double liaison ou un groupe mésomère électrodonneur +M le stabilise. par exemple) diminue la stabilité du carbocation. un groupe à effet électroattracteur – M (groupe -COOR. Un carbocation instable ou peu stable a une réactivité plus élevée par rapport aux réactifs nucléophiles que les carbocations stables. H R1 R2 C solvant polaire protique R1 R2 Y R3 H R3 carbocation tertiaire solvant polaire protique Y + C contre-ion paire d'ions H3C H3C C Br solvant polaire protique H3C H3C H3C + C + Br H3 C Ph Ph C C Cl solvant polaire protique H Ph Ph H Schéma 6. le groupe mésyle dans les mésylates. Sous l’effet ionisant d’un solvant polaire protique. la liaison qui unit le groupe carboné au groupe partant est ionisée en un carbocation et un anion (ou contre-ion). ou – N.11. 6. 6. favorisée par la formation de liaisons hydrogènes avec le solvant. correspond à la première partie du mécanisme de substitution monomoléculaire SN1(§ 8.10). Le carbocation est alors stabilisé par solvatation : le solvant l’entoure comme une gangue protectrice ou bien forme une paire d’ions avec le contre-ion (schéma 6.4). On peut y ajouter aussi les triflates R-O-SO2CF3. le groupe tosyle dans les tosylates. mais pas primaire (énergie de formation trop élevée). qui est une réaction lente.190 Chimie organique Bien entendu.11. R-O-SO2-C6H4-(p)CH3. pour autant qu’il se forme.3a – Ionisation d’une liaison entre un groupe carboné R et un groupe sortant Un groupe sortant (ou partant) est un groupe qui exerce un fort pouvoir attracteur sur le carbone auquel il est lié. Cette ionisation.3 – Formations La formation d’un carbocation peut résulter de plusieurs types de réactions indiquées ci-après. comme les halogènes (surtout Cl et Br) dans RX. R-O-SO2-CH3. dans la mesure où le groupe R est tertiaire. ou bien il perd facilement un proton pour devenir un alcène (voir réactions des carbocations § 6.3).1.10 Cl . voire secondaire.11. et il se transforme le plus souvent en un carbocation plus stable par un réarrangement intramoléculaire. 191 6.3d – Protonation de liaisons insaturées Les liaisons insaturées des alcènes. il réagit immédiatement avec le nucléophile présent dans le milieu réactionnel. les acides organiques. H3C H 3C H3C C Br + Ag H3C H3 C C + AgBr H 3C Schéma 6. R-COCl R F + + RCO. Entités réactives 6. SbF6 Schéma 6.11. AlCl4 AlCl3 SbF5 SO2 liquide R . . Si sa stabilité est peu élevée. des réarrangements (§ 6. un carbocation alkyle secondaire. Lorsque HBr est ajouté au 2-méthylpropène. S’ils n’ont pas de stabilités équivalentes.11. le carbocation tertiobutyle (CH3)3C+ tertiaire.13). l’hétéroélément possèdant au moins un doublet d’électrons libres dans les cétones et aldéhydes. dans l’anhydride sulfureux (SO2) liquide.11.4) peuvent avoir lieu avant la réaction avec le nucléophile. celui qui se forme préférentiellement est celui qui est le plus stable. fournit un cation acylium ce qui correspond à la première partie de la réaction d’acylation des composés aromatiques appelée réaction de Friedel et Crafts (§ 8. se formera préférentiellement au carbocation isobutyle primaire.1d) (schéma 6.11 6. AlCl3. le trichlorure d’aluminium.3b – Action de sels d’argent sur les halogénures Certains sels d’argent sont susceptibles de réagir avec un bromure d’alkyle pour former un carbocation (schéma 6. S’il est très stable.12 6. ou le pentafluorure d’antimoine. BF3. stable. (CH3)2CH-CH2+ instable. La protonation conduit à un carbocation Dans le cas des alcènes dissymétriques (schéma 6.3c – Action des acides de Lewis sur les halogénures L’ionisation d’une liaison C-X peut résulter de l’action d’un acide de Lewis comme le trifluorure de bore. les thiocétones et thioaldéhydes. L’action de AlCl3 sur un chlorure d’acide dans un solvant non polaire comme le benzène. SbF5. le proton peut a priori se lier à l’un ou l’autre des carbones qui forment la double liaison.12).11.4. par exemple. les nitriles ou les imines sont des sites nucléophiles qui sont facilement attaqués par les acides forts.11). ce qui conduit à deux carbocations isomères. 1.1).1) (c’est le résultat inverse de l’addition de HBr en présence d’un initiateur de réactions radicalaires comme un peroxyde. stabilisés par la résonance due à la conjugaison du carbone chargé positivement ayant une orbitale vacante. les composés carbonylés ou thiocarbonylés additionnent un proton pour conduire à des carbocations mésomères. C’est donc le bromure le plus substitué qui sera obtenu.du milieu et le bromure de tertiobutyle sera le résultat de cette réaction d’addition de HBr sur le 2-méthylpropène.1). effet Kharasch. halogènure le plus substitué. C’est l’addition de HBr selon la réaction de Markownikov (§ 9. formation favorisée H C ou attaque de H par le dessous du plan C CH3 CH3 H b + CH3 CH3 H C CH2 C CH3 CH3 H (résultats identiques dans ce cas) CH3 CH3 carbocation isobutyle primaire instable CH3 H3 C C H3C CH3 C CH2 C Br CH3 + Br BrCH2 C bromure d'isobutyle halogénure le moins substitué carbocation isobutyle primaire instable bromure de tertiobutyle. mécanisme appelée « anti-Markownikov » (§ 9.13 Si HBr est en quantité stœchiométrique par rapport à l’alcène.192 Chimie organique H a C H H a b C C H CH3 H3C C H H CH3 carbocation tertiobutyle tertiaire très stable.1. le carbocation tertiobutyle réagira immédiatement avec le nucléophile Br. la réaction s’oriente vers une polymérisation (§ 9.3.14). prépondérant CH3 CH3 CH3 H 3C carbocation tertiobutyle tertiaire très stable H H H3 C + Br Schéma 6. avec une orbitale « p » de l’oxygène ou du soufre possèdant un doublet libre non liant (schéma 6. Lorsque HBr est ajouté en très faible quantité (catalytique).14 C O . Comme les alcènes. R C O C H R2 aldéhyde R1 R R1 cétone C O C S S R2 H thiocétone thioaldéhyde H H C O + H C O Schéma 6. thioacides et dithioacides sont protonés par les acides forts minéraux (HX. H2SO4…) ou organiques (comme l’acide para-toluène sulfonique). qui réagissent immédiatement avec le milieu. Entités réactives Les acides organiques. un réactif nucléophile.15 Les imines. en présence d’halogénure d’hydrogène. OH O R R C C R O thioacide SH S R R C SH O C C OH acide R R C O OH SH S dithioacide O H R C R O H O H C O H S C R H O H C H O H O Schéma 6.17).16). Le carbocation qui résulte de cette protonation est stabilisé par résonance (schéma 6. R1 H2N R 3 C O R1 R2 R2 si R1 > R2 : R1 R3 C N Z C et R2 N E + H 2O R3 mélange d'imines Z et E C N H C N C H N H ion iminium Schéma 6.193 6. Si celui-ci est un alcool primaire. sont protonées par les acides forts en fournissant un sel d’iminium mésomère qui résonne avec un carbocation (schéma 6.15). cette réaction fournit un sel d’iminoéther (schéma 6. préparées le plus souvent par la réaction de condensation d’un aldéhyde ou d’une cétone avec une amine primaire. sont d’abord protonés pour former des carbocations.16 Les nitriles. . 11.18 6..18). H H + NO2 (HNO3-H2SO4) NO2 NO2 .3e – Action d’un réactif électrophile sur un composé aromatique La réaction d’un réactif électrophile sur un composé aromatique comme le benzène.11.4. mais jamais les alcools primaires.3f – Action des acides forts sur les alcools tertiaires ou secondaires.H nitrobenzène Schéma 6. et dans une moindre mesure. Une déprotonation fournit le produit final.19 . les hémiacétals et acétals Les alcools tertiaires.17 6. l’anthracène… conduit d’abord à la formation d’un carbocation dont la charge est délocalisée. L’ensemble des deux réactions constitue la substitution électrophile aromatique indiquée SEAr (§ 8. L’élimination d’une molécule d’eau fournit un carbocation lequel peut réagir avec un réactif nucléophile du milieu (par exemple X.194 Chimie organique R C N H R C R N H C N H nitrile R-O-H H N H R N H C R C O R' O R' H sel d'iminoéther Schéma 6.1) (schéma 6. si HX est utilisé) (schéma 6. sont protonés sur l’oxygène.19). les alcools secondaires. H3C H3 C H3 C H3C C + O H H H3 C H3 C C O H -H O 2 H alcool tertiobutylique H3 C C CH3 X CH3 H3 C H3C C X H3C halogènure de tertiobutyle Schéma 6. le naphtalène. à une température inférieure à 5 °C. schéma 6. et une molécule d’azote (processus irréversible).20). pour former dans ce cas. Entités réactives Les hémiacétals d’aldéhydes et de cétones protonés éliminent une molécule d’alcool pour former des carbocations (réaction 1. son contre-ion Cl-. HNO 2.R'OH R1 C O R2 O R2 H acétal R2 = H cétal R2 = groupe carboné O C R' H R' O H R1 R2 -H C O R1 aldéhyde R2 = H cétone R2 = groupe carboné O C R2 H R1 O H C R2 O H R' Schéma 6. Le carbocation ainsi produit réagit immédiatement sur le nucléophile du milieu le plus abondant.21). L’action d’une solution diluée d’un acide fort transforme un acétal ou un cétal en aldéhyde ou cétonevia deux carbocations (2). par exemple l’eau.11. 6. Les sels d’alkyldiazonium sont peu stables à température ordinaire (25 °C) car –N2+ est un puissant groupe partant. Il peut aussi se former un peu d’un halogénure d’alkyle par réaction du carbocation avec l’anion chlorure du milieu (schéma 6.20 Des réactions équivalentes sont observées avec les analogues soufrés (oxygène remplacé par le soufre).R'OH R1 -H C OH R2 H O H 2) R2 R1 O R' C + C H R2 O R' C O aldéhyde R2 = H cétone R2 = groupe carboné hémiacétal R2 = H hémicétal R2 = groupe carboné R1 R2 O R' H R1 O R' . Leurs déprotonations fournissent respectivement des aldéhydes et des cétones. un alcool.3g – Décomposition des sels de diazonium Les sels de diazonium sont préparés par action de l’acide nitreux. L’acide nitreux est libéré in situ par addition d’une solution de nitrite de sodium à une solution d’acide chlorhydrique diluée contenant l’amine. . les sels se décomposent alors en donnant un carbocation. sur les amines primaires (1).195 6. H R1 O R' 1) C + R2 OH R1 H C R2 R1 O R' . 21 Les sels d’aryldiazonium (2) sont plus stables car le cation diazonium est mésomère en raison de la présence du groupe aryle. Cl + Cl R O H H composé prépondérant R 2) R' N RCl + Cl N N N R' cation aryldiazonium Schéma 6. Ce mélange acide particulièrement puissant permet d’ioniser la liaison C-F présente dans les fluorures d’alkyles mais aussi de former des carbocations stables à des températures inférieures à –60°C à partir d’alcools et d’alcènes.3h – Utilisation des superacides Les cations alkyles ne sont pas stables dans les solutions d’acides forts comme l’acide sulfurique. R . Cl N + + N H H R R N N R O -H O H N N .22). 6. R-F + SbF6 F-SO3H.196 Chimie organique 1) R-NH2 NO2Na + HCl H2O amine aliphatique primaire R = alkyl R N R N R . Le carbocation t-butyle résulte à la fois de ces réactions appliquées à l’isobutane. SbF5.11. Ce sont des réactions complexes encore à l’étude et qui aboutissent toujours à des carbocations très stables. FSO3 + H2 . au n-butane. mais aussi au fluorure de méthyle (schéma 6.22 C CH3 . Par contre. Des carbocations sont aussi produits dans ces conditions à partir d’alcanes. il est possible de les conserver dans un mélange d’acide fluorosulfurique et de pentafluorure d’antimoine dissous dans SO2 ou SO2ClF. SbF6 SO2 ou SO2ClF CH3 H3 C C H CH3 ou CH3-CH2-CH2-CH3 FSO3H-SbF5 SO2 ou SO2ClF CH3 H3C Schéma 6. ce qui constitue un superacide. Un carbocation primaire se réarrangera en carbocation secondaire ou tertiaire. le plus stable. Ces réarrangements ne peuvent produire que des carbocations plus stables que ceux de départ et en aucun cas l’inverse.197 6.6) sont les deux effets principaux qui stabilisent une double liaison. Dans certains cas. Durant le réarrangement.4 – Réactions des carbocations 6.6. et ceux ainsi stabilisés par transposition.23 Seule la transposition d’un hydrogène de CαH2 est possible (schéma 6. La mésomérie (§ 5.4a – Réarrangements par transpositions. ce sont les alcènes qui possèdent le maximum de liaisons CαH qui sont les plus stabilisés. Parmi ceux qui sont stabilisés par hyperconjugaison. Si plusieurs alcènes sont possibles.23). avec création d’alcène(s). l’hydrogène ou le groupe migrant n’est jamais à l’état libre dans le milieu. Certains réarrangements portant sur des carbocations cycliques conduisent à des expansions ou des contractions de cycles. de l’atome de carbone chargé positivement. .11. Certains réarrangements sont classiques comme ceux de Demjanov.11. et éliminations d’un proton porté par un carbone en D du carbone chargé (CDH) Les réarrangements de carbocations correspondent à des déplacements (transpositions) de groupes carbonés ou d’atomes d’hydrogènes situés en positions α. celui qui est le plus stable est prépondérant. Les carbocations de départ.6) et l’hyperconjugaison (§ 5. Exemple 1 : réarrangement du carbocation n-propyle primaire en carbocation isopropyle secondaire H H3 C C C α H H H transposition d'un atome d'hydrogène augmentation de la stabilité H H3C C C H H H carbocation isopropyle carbocation secondaire carbocation n-propyle carbocation primaire Schéma 6. de WagnerMeerwein. ou pinacolique présentés parmi les exemples ci-après. Ce n’est donc pas un processus intermoléculaire mais intramoléculaire. Il reste retenu à sa molécule. la transposition permettra le passage d’un carbocation peu stable à un carbocation mésomère stabilisé par résonance. La transposition du groupe CH3 conduirait à un nouveau carbocation n-propyle. Les alcènes mésomères sont les plus stables. Entités réactives 6. et qui pourra être exceptionnellement primaire. pourront réagir avec un nucléophile du milieu ou perdre un proton s’il existe des atomes d’hydrogènes sur le ou les CαH. (indiqué CαH). donc prépondérants (appelés alcène(s) ou oléfine(s) de Saytzev). 24).198 Chimie organique Exemple 2 : réarrangement du cation 3. Celui-ci peut réagir avec un réactif nucléophile du milieu ou éliminer un proton d’un CαH. .24 Le carbocation secondaire 1 effectue une transposition d’un groupe méthyle pour devenir un carbocation tertiaire 2. Le plus substitué par des groupes CH3. (alcène de Saytzev) est prépondérant. 12 liaisons CαH sont hyperconjuguées avec les électrons π de la double liaison.3-diméthyl-but-2-yle suivie de l’élimination d’un proton d’un CDH H3C C C α H H 3C 1 CH3 H3C transposition d'un groupe méthyle augmentation de la stabilité CH3 H3 C C H3C H 3C 2 H Cα H H C α CH3 H H H α H C CH3 C CH3 carbocation tertiaire carbocation secondaire α C H -H C Cα H H H 2 αC C αC H H H H H H 12 CαH : alcène très stable (alcène de Saytzev) prépondérant dans le mélange α H 3C H αC H CH3 C H H H Cα H C α H CH3 H H 2 -H C H CH3 C H 3C α C α H CH3 C H C H α α H C H H 6 CαH : alcène le moins stable 2 Schéma 6. contre 6 liaisons CαH pour le moins substitué (schéma 6. Deux alcènes sont possibles. CH2 ou CH. 25). Dans le premier cas. . plus stable que l’isomère Z. dans la mesure où les isomères Z et E du β-styrène se forment. dans le second cas. c’est un carbocation secondaire (3). Entités réactives Exemple 3 : réarrangement du carbocation 2-phényl-propyle CH3 1) C CH2 transposition d'un atome d'hydrogène C H H H3 C CH3 CH2 C -H C H H carbocation 2-phényl-propyle carbocation mésomère α-méthylstyrène CH3 2) C -H CH2 H CH3 H C C H CH3 3) C H H C H transposition du groupe méthyle isomère E CH3 C C H H carbocation mésomère H -H et H C H C CH3 isomère Z β-méthylstyrènes Schéma 6.199 6. Bien que la transposition d’un groupe carboné nécessite plus d’énergie que celle d’un atome d’hydrogène. les deux déprotonations fournissent chacune des quantités équivalentes d’α. toutefois. Ces deux nouveaux carbocations éliminent un proton pour former des alcènes mésomères donc stables. Il faut remarquer que l’α-méthylstyrène peut résulter de l’élimination directe d’un proton du carbocation 2-phényl-propyle (2). le carbocation résultant est tertiaire (1). l’isomère E.25 Le carbocation 2-phényl-propyle peut donner lieu à deux transpositions (schéma 6. un hydrogène ou un groupe méthyle.et de β-méthylstyrènes . sera en proportion plus importante dans le mélange. seulement 3. On voit que l’alcène 1 présente 11 liaisons CαH. L’alcène 1 est l’alcène de Saytzev.3-diméthyl-pentan-3-yle peut donner lieu à 3 types d’élimination de proton avec la création de trois alcènes isomères 1. On peut en déduire que la prépondérance de ces alcènes sera dans l’ordre 1 > 2 > 3 (schéma 6.4-diméthyl-pent-2-ène H H3C H H C H 3C H3 C H H C H H H H C H H C C C H 1 C H C H H H CH3 3 C H 2-isopropyl-but-1-ène Schéma 6.200 Chimie organique Exemple 4 : formation d’alcènes à partir du carbocation 2.26). l’alcène 2.3-diméthyl-pentan-3-yle H H H3C C -H H C H CH3 H3C C H C C H -H H H3C C H H C H C H3 C H H C H3C H H C H H C C C 2 H C H H3C CH3 H 3. . 2 et 3.3-diméthyl-pent-2-ène (alcène de Saytzev) prépondérant carbocation tertiaire 2.26 Le carbocation tertiaire 2.3-diméthylpentan-3-yle H H H3C C α C H C H α H αC H 3C H -H CH3 2. et l’alcène 3. 7 liaisons CαH. 2-diméthylcyclohexène. L’élimination d’une molécule d’eau libère un carbocation cyclique secondaire peu stable 1.2-diméthyl-cyclohexène H H C CH3 CH3 CH3 . Le composé correspondant est l’isopropylidène-cyclopentane. mais le composé ainsi formé est le plus instable des produits résultant de ces transpositions et éliminations. . Entités réactives Exemple 5 : réarrangements de Wagner-Meerwein (1914) H H O H H CH3 H O H H -H O 2 CH3 1 CH3 CH3 2.2-diméthylcyclohexanol 2 -H H H CH3 1 CH3 CH3 CH3 CH3 CH3 H α 3 αCH3 H H H 3 CH3 CH3 CH3 isopropylidène-cyclopentane 1.2-diméthylcyclohexanol est en milieu acide.27 Lorsque le 2. Le second réarrangement fait intervenir la liaison du Cα diméthylé avec un CH2 cyclique qui constitue un des substituants de ce carbone au même titre que les groupes méthyles. l’alcool secondaire est protoné (schéma 6. Un autre exemple de réarrangement de Wagner-Meerwein concerne le 1-bromo2. d’un cyclohexane à un cyclopentane.27).H α H -H C H CH3 composé le moins stable très minoritaire Schéma 6. il est très minoritaire.2-diméthylpropane ou bromure de néopentyle (schéma 6.201 6. Le carbocation 3 peut aussi éliminer un autre proton provenant d’un groupe méthyle. Le carbocation tertiaire 3 ainsi obtenu élimine un proton pour former une double liaison extracyclique. La première correspond à la migration d’un groupe méthyle lié au Cα diméthylé : le carbocation tertiaire 2 qui en résulte élimine un proton du CαH ce qui crée une double liaison dans le cycle et la formation du 1. ce qui entraîne deux transpositions possibles.28). Cette liaison quitte ce carbone pour substituer le carbone chargé positivement ce qui correspond à une contraction du cycle qui passe ainsi de 6 à 5 carbones. le carbocation primaire qui provient de l’ionisation de la liaison C-Br subit une migration du groupe méthyle ce qui forme un carbocation tertiaire stable qui.29 cyclopentanol .Cl CH2 cyclopentène C H2 OH H C 3 H2 C H -H H2O CH2 -H C H2 Schéma 6. en raison de l’encombrement stérique du à la présence du groupe t-butyle. fournit un alcool.2-diméthylpropan-1-ol mais au 2-méthylbutan-2-ol qui est accompagné d’un alcène. En fait. en présence d’eau. ne conduit pas à l’alcool attendu. un alcène.202 Chimie organique CH3 H 3C C CH2 Br H3C H3C CH2 + -H C H3C H C C H C CH2 OH CH3 2. le 2-méthyl-but -2-ène.N2 NaNO2 + HCl cyclobutyl-méthylamine H a H CH2 CH2 H b H 2 1 H H -H (a) H 1 carbocation cyclobutylméthyle méthylène-cyclobutane H -H CH3 (b) H 1-méthyl-cyclobutène H H H CH2 H C CH2 1 . Cl CH2 N CH2 NH2 . le 2.2-diméthyl-propan-1-ol OH CH3 H2O H3C -H CH3 H 2-méthyl-but-2-ène H3C Br H2O CH3 CH3 H3C C CH3 CH3 1-bromo-2.2-diméthyl-propane C CH3 CH3 H2O C CH2 CH3 2-méthyl-butan-2-ol Schéma 6.28 L’hydrolyse de ce composé qui est une réaction lente. Exemple 6 : réarrangements du carbocation cyclobutylméthyle (réarrangement de Demjanov ou Demyanov)(1903) CH2 N . et par élimination d’un proton. plus stable que les carbocations 1 et 2. Ce réarrangement est favorisé car les cycles à 5 chaînons sont moins tendus que les cycles à quatre chaînons ce qui les rend plus stables. alors que dans le second cas les liaisons sont contraintes avec un angle dièdre de 90°. Ce dernier peut éliminer un proton d’un carbone en position α. Le carbocation 3 élimine ensuite un proton pour former un composé éthylènique. a et b. CH CH CH2 CH2 Schéma 6. CH2NH2 Z HNO2 H2 O Z = NH pyrrolidine Z = O tétrahydrofurane Z = S tétrahydrothiophène et Z Z OH Z = NH 1. au méthylène-cyclobutane. instable.29) forme un sel de diazonium qui se décompose en formant le carbocation cyclobutylméthyle 1. le cyclopentène. l’angle dièdre est de 120° donc proche de 109°28’ du carbone hybridé « sp3 ». Toutefois ces carbocations peuvent résulter d’autres réactions et se réarrangent évidemment de la même façon.31 Le réarrangement de Demyanov fait référence aux carbocations issus d’une réaction de diazotation d’une amine primaire.4-tétrahydropyridine Z = O 3. dans le premier cas. et d’autre part. Entités réactives L’action de l’acide nitreux sur la N-(cyclobutyl)méthylamine (schéma 6. Ce réarrangement permet des expansions de cycles par un mécanisme semblable à partir d’amines dérivées d’hétérocycliques tels que pyrrolidine.3.30).32).30 Des contractions de cycles ont aussi été observées mais elles sont plus rares et correspondent en fait à des réactions équilibrées comme dans le cas des carbocations cyclobutyle (secondaire) et cyclopropylméthyle (primaire) (schéma 6. La migration d’un hydrogène de CαH cyclique le réarrange en un carbocation tertiaire plus stable 2. . qui aboutissent.4-Dihydro-2H-pyrane Z = S 3. Un cas particulier d’une « contraction » de cycle concerne les carbocations cyclopropyles car ils sont souvent réarrangés en carbocations allyliques plus stables (schéma 6. Un autre réarrangement du carbocation 1 peut s’effectuer par agrandissement (ou expansion) de cycle ce qui conduit au carbocation 3. et tétrahydrothiophène (schéma 6.2. tétrahydrofurane.31). Ces deux composés étant nettement prépondérants par rapport aux autres produits de la réaction. le cyclopentanol. au 1-méthyl-cyclobutène.4-Dihydro-2H-thiopyrane Schéma 6. En effet. d’une part.203 6. par deux voies différentes. auxquels on peut ajouter des traces de cyclobutylméthanol résultat de la réaction du carbocation 1 avec l’eau. ou réagit avec l’eau pour donner un alcool. 32 Exemple 7 : réarrangement pinacolique (pinacolo pinacolone) Un autre exemple classique de réarrangement est celui qui affecte certains 1. et qui fournit des cétones.33 CH3 C C O CH3 2 C 1 CH3 . après élimination d’une molécule d’eau un carbocation tertiaire 1 stable. la pinacolone. la migration d’un groupe méthyle du Cα conduit à un nouveau carbocation 2. En présence d’acide. CH3 CH3 H3C C C O H CH3 H CH3 H3C .204 Chimie organique R2 R2 R4 R3 C C C R1 R4 C R5 R3 C C R5 R1 R2 R1 R2 R3 C C C R1 C R3 R4 C R3 C R4 R5 Schéma 6.33).H2 O H C O CH3 H CH3 H3C H -H CH3 H3C C O H CH3 C H3C O H CH3 H3C CH3 pinacolone pinacol H3C C CH3 C C O CH3 Schéma 6. La pinacolone résulte de la déprotonation de l’oxygène. le pinacol forme. et dans le cas du pinacol. car à la fois tertiaire et mésomère par délocalisation de la charge qui fait intervenir un doublet d’électrons non liants de l’oxygène.H 2O O H CH3 CH3 H C C O O C O CH3 CH3 CH 3 CH3 CH3 CH3 H H3C C C O H H CH3 . Toutefois. encore plus stable.2-diols (glycols) comme le pinacol (schéma 6. en milieu acide. 34).4-diméthyl-cyclohexa-2.35 . le cas particulier des carbocations allyliques. Une réaction inverse appelée rétro-pinacolique a lieu sur des diènones cycliques. C’est le cas de la 4. . OEt H3C C H C H CH2 3-éthoxy-but-1-ène EtOH. en solution dans l’éthanol fournissent les deux mêmes éthers en proportions sensiblement égales. La réaction avec l’éthanol conduit donc à deux éthers isomères et en quantités égales dans la mesure où les deux formes limites ont des poids sensiblement identiques (schéma 6.4-diméthyl-phénol Schéma 6. L’ionisation des liaisons C-Br de chacun de ces bromures fournit un carbocation qui représente la forme limite de l’autre.5-diènone 3.34 Il faut ajouter à ces différents réarrangements.205 6.HBr H3C C H C H CH2 OEt 1-éthoxy-but-2-ène Schéma 6.35).5-diènone qui est transformée en 3.4-diméthyl-phénol (schéma 6. Le 3-bromobutène et le 1-bromobut-2-ène. Elles sont transformées en dérivés phénoliques.4-diméthyl-cyclohexa-2. Entités réactives Le même réarrangement s’effectue aussi lorsque les groupes méthyles sont remplacés par des groupes aryles.HBr Br CH H3C C H CH2 3-bromobut-1-ène H3C C H C H CH2 EtOH + Br ou H3C C H C H CH2 Br H3C C H 1-bromobut-2-ène C H CH2 EtOH. . O H O O H H O H 3C H H 3C CH3 H 3C H -H H CH3 H H CH3 O H CH3 CH3 CH3 CH3 4. La formation des carbocations par ionisation d’une liaison entre un carbone et un groupe partant Y. ou la triéthylamine (4).37). certains . orientera la réaction du carbocation vers A-.3-diméthyl-butane (schéma 6. ces derniers peuvent eux aussi réagir avec les anions présents et le solvant. Le carbocation peut réagir avec l’anion Y. D’une manière plus générale.. De même. Il peut aussi se réarranger.4b – Réactions avec les réactifs nucléophiles Les carbocations étant des entités électrophiles.ainsi libéré pour recréer la liaison de départ. Un exemple simple est donné pour le 2-bromo-3. HO-.HY H Y Et Et Et C N R C O R=H alcool R = alkyl éther Et Et .dans le milieu. lui-même. meilleur nucléophile que le contre-ion Y. le nombre de composés susceptibles d’être présents en fin de réaction peut être très important. très souvent nucléophile.).. CN-. peuvent attaquer le carbocation en produisant respectivement un alcool. comme l’eau. les alcools (3).36).206 Chimie organique Bien que souvent classées comme des réarrangements. un éther ou un sel d’ammonium quaternaire (schéma 6. 1) C Solvant polaire protique Y Y + C contre-ion 2) C Y + A C A + Y nucléophile plus fort que Y ou en concentration plus élevée que Y R solvant: 3) C Y O R=H ou alkyl solvant: N 4) C Y H R C O .36).36 Dans la mesure où les carbocations primaires et secondaires donnent lieu à des réarrangements avec création de nouveaux carbocations. 6. de nombreuses réactions sont possibles avec les réactifs nucléophiles (schéma 6. le carbocation réagit avec tous les réactifs nucléophiles du milieu où il a été formé (2).favorisera la réaction qui conduira à un alcool. ces réactions ne font pas intervenir de déplacements de groupes d’un carbone à un autre. est réversible (1). Ainsi. le contre-ion. la présence d’un anion (hydroxyde. la concentration élevé d’un ion A-. le solvant. Y Et sel d'ammonium quaternaire Schéma 6. Si chaque carbocation formé peut donner lieu à une élimination de protons de CαH avec formation d’alcènes. Enfin. Toutefois. cyanure. supérieure à celle du contre-ion Y.11. un nitrile ou autre. Cette réaction est à l’origine de la polymérisation des alcènes (schéma 6.3-diméthyl-butan-2-ol Schéma 6. Ils réagissent alors avec les molécules d’alcène non protonées .207 6.H -H H3 C H3 C CH3 CH3 H3C Br Br H réarrangement H3C + C 2. Le nouveau carbocation qui en résulte est le plus stable de ceux qui peuvent être formés.11. H3C H3C CH3 C C H3C H2O.4c – Réactions avec les alcènes et polymérisations Ces réactions s’apparentent à celle du proton sur les alcènes. R1 C R2 R1 H + C C R CH2 R R2 H Schéma 6. il est donc constitué par la répétition n fois du motif « monomère » (voir aussi § 6. un nombre restreint de carbocations est produit.3-diméthyl-butane CH3 H2O.3-diméthyl-butan-2-ol 2-bromo-2. soit sur le pH (par exemple.12. la température élevée et un pH basique favorisent les éliminations avec formation d’alcènes). soit sur la température. soit sur les concentrations des réactifs. ∆ Br H 3C CH3 C H3C H H3 C 2-bromo-3. .3-diméthyl-butane C CH3 H H3C OH CH3 C -H CH3 H3C CH3 C C H2O. Le terme « oligomère » s’applique à des polymères formés à partir d’un nombre relativement faible de monomères. réaction avec le solvant C C H H3C élimination H3 C réaction avec le solvant C C 2.5f).38).38 Un polymère est un composé de masse moléculaire élevée formé à partir de petites molécules appelées monomères (les alcènes dans ce cas).3-diméthyl-but-2-ène Br H3 C H 3C CH3 CH3 C H3C H C OH H 3. Si une quantité catalytique d’acide est ajoutée à un alcène.37 6. Entités réactives contrôles sont possibles en agissant. Br•). ce qui conduit à de nouveaux carbocations issus de deux unités d’alcène. . ce qui libère une petite quantité de chlorure d’hydrogène HCl. seuls (comme H•. La polymérisation est souvent initiée par l’addition de traces d’eau à un acide de Lewis (AlCl3. H3C•.39). ou substitués (comme HO•. C’est la polymérisation cationique. Les éliminations de protons à partir de carbocations intermédiaires sont envisageables ce qui conduit alors à de nouveaux composés éthylèniques. H3 C H3 C C H3 C CH2 + H H3 C isobutène monomère H3 C H3C C C CH3 H3 C CH2 H3C H3C C C CH2 C CH2 H3C CH3 CH3 C CH2 C H3 C C CH3 CH2 H n-1 -H CH3 CH2 C CH3 CH3 C CH2 CH3 CH3 H3 C H3 C CH3 C CH2 C CH3 H3 C H3 C CH3 H3C H3 C H3 C CH3 C CH3 CH3 H3C C H3C CH3 CH C CH2 CH3 H n-1 polymère Schéma 6. ZnCl2…). car la réaction se poursuit avec la création de carbocations de plus en plus importants jusqu’à l’épuisement des molécules d’alcènes (schéma 6. deux unités de monomères. 6.208 Chimie organique présentes.39 La polymérisation industrielle d’éthers vinyliques R-O-CH=CH2 est effectuée par cette méthode et fournit des polymères utilisés comme adhésifs. La réaction est très rapide. Les carbocations produits sont toujours les plus stables parmi ceux possibles. et peut débuter à basse température. La déprotonation du dernier carbocation fournit le polymère. (CH3)3C•. Un exemple est donné avec l’isobutène comme monomère (schéma 6.…).12 Les radicaux Ce sont des atomes. Cl3C•. exothermique. qui portent un électron célibataire.39). ou tertiobutyle (CH3)3C•.12. Si l’on étudie la formation de radicaux alkyles par homolyse d’une liaison C-H.12.4) : C F F F Figure 6. Si l’énergie DHo est faible (liaison fragile). comme les radicaux méthyle H3C•. Plus DHo est élevée et plus la liaison est difficile à rompre.3 La structure plane des radicaux n’est pas générale.4 6.209 6.2 – Formations et stabilité Les radicaux résultent d’une rupture homolytique ou homolyse d’une liaison covalente ce qui nécessite un apport d’énergie appelée énergie de dissociation DHo exprimée en kJ mol-1. les radicaux formés par cette rupture sont stables. Entités réactives 6. la rupture de la liaison est difficile et nécessite beaucoup d’énergie : les radicaux sont instables.40) : . le radical libre trifluorométhyle F3C• a une structure de type « sp3 » (figure 6.1 – Structures Les radicaux dits libres (peu stables) alkyles. isopropyle (CH3)2HC•. orbitale "p" H C H H Figure 6. les valeurs de DHo sont les suivantes (schéma 6. sont plans et le carbone central a une structure de type « sp2 » L’électron célibataire occupe l’orbitale « p » non hybridée perpendiculaire à ce plan. Par exemple. comme dans le radical méthyle de la figure 6.3. Si DHo est élevée (liaison forte). La stabilité d’un radical ou sa persistence à exister est fonction du milieu et de la température. La structure de type « sp2 » des radicaux libres alkyles permet de comprendre la stabilité des radicaux tertiaires et secondaires. Le radical méthyle a un temps de demi-vie très court à température ordinaire.40 Dans la série des radicaux libres alkyles.5). . l’ordre de stabilité décroissante est radicaux tertiaires > radicaux secondaires > radicaux primaires > radical méthyle. de quelques secondes. avec un radical stable qui a une durée de vie très longue.7). Cela se traduit par leurs durées de vie plus ou moins courtes exprimées en temps de demi-vie. À une température de 77 K.210 Chimie organique H3C H -H radical méthyle (instable) méthane H3C CH2 H DH° = 439 kJ mol-1 H3 C -H H3 C CH2 DH° = 410 kJ mol-1 diminution de DH° radical éthyle primaire (assez instable) H3 C CH H H3 C -H DH° = 395 kJ mol donc augmentation de la stabilité du radical H3 C H3 C radical isopropyle secondaire (assez stable) H3C H3 C C H3 C CH -1 H -H C H3 C DH° = 389 kJ mol-1 H3 C H3 C radical tertiobutyle tertiaire (stable) H 3C H3 C H3 C C H3 C R1 R2 tertiaire H3 C CH2 H3C CH R1 CH2 H 3C H3 C R1 C R3 CH R2 secondaire primaire méthyle stabilité des radicaux alkyles Schéma 6. et dans quelques cas. Plus il existe de liaisons Cα-H dans ces groupes et plus le radical est stabilisé : c’est le cas du radical tertiobutyle (figure 6. lesquels sont susceptibles de présenter des phénomènes d’hyperconjugaison entre cet électron célibataire et les électrons σ des liaisons Cα-H des groupes qui substituent le carbone central. peut être recristallisé et stocké à température ordinaire (voir la figure 6. Il ne faut pas confondre un radical libre persistant c’est-à-dire qui est mis dans des conditions physiques et chimiques telles que sa conservation soit réalisée. on peut le garder dans le méthanol environ 15 minutes. Quelques exemples sont donnés dans le schéma 6. celle dont l’homolyse a un DHo le plus faible. . la liaison qui se rompt le plus facilement est celle qui produit le ou les radicaux les plus stables.41 : H3C 2 H3C CH3 DH° = 377 kJ mol-1 cette réaction est privilégiée par rapport à l'homolyse d'un e liaison CH (voir ci-dessus) H3C C H2 H3C CH3 H 3C H3C CH CH3 H3C CH + H3C H3C + DH° = 360 kJ mol-1 DH° = 360 kJ mol-1 H3C H3C H3C H3 C CH2 CH3 C C CH3 CH3 H3C 2 H3C C DH° = 301 kJ mol-1 H3 C Schéma 6.41 Les radicaux alkyles et la plupart des radicaux de la chimie organique sont des entités non isolables appelés radicaux libres et leur formation ne peut être démontrée que par des techniques physico-chimiques comme la mesure du moment magnétique et la RPE (résonance paramagnétique électronique).5 Lorsqu’un alcane peut fournir plusieurs types de radicaux par homolyse d’une liaison.211 6. Entités réactives H H H H C H H H H H3C H C CH3 H3C radical tertiobutyle Figure 6. O2N Ph Ph NO2 N N Ph + R Ph O2N diphénylpicrylhydrazyle O2N R N N NO2 O2N radical libre radical stable Schéma 6. mol-1) H 464 C 439 Me Me C Me 389 H H H H 444 H F F C F Cl Cl C Cl O 446 401 364 H Tableau 6. avec lesquels ils forment une liaison covalente (schéma 6.1 permet de comparer la stabilité de quelques radicaux libres autres que les radicaux alkyles à partir de leurs valeurs de DHo. Ce n’est pas le cas d’un électron célibataire qui est détecté. Lorsque les électrons sont appariés dans une case quantique. mol-1) DH° (kJ. la réaction s’arrête ce qui prouve la nature radicalaire de la réaction étudiée. Par contre. Les valeurs pour les radicaux méthyle et tertio-butyle sont données pour comparaison. La seconde.1 . A cette rotation est associé un moment magnétique. Faute de radicaux présents dans le milieu.42). La détection de la présence de radicaux libres dans une réaction peut être le résultat d’un piégeage de ces derniers dans une réaction par des radicaux dits stables (certains sont commerciaux) comme le radical diphénylpicrylhydrazinyle. augmente cette énergie en les faisant passer d’un état dit de basse énergie à un état de haute énergie mais la somme de leurs énergies s’annule en raison de leurs spins opposés. Ce magnétisme peut être mesuré mais cette méthode nécessite une quantité importante de radicaux ce qui ne la rend pas très facile à utiliser.42 Le tableau 6. dans les radicaux. repose sur le fait que deux électrons appariés dans une case quantique ont des énergies égales. la somme de leurs moments magnétiques est nulle. Chaque électron tourne sur lui-même dans un sens positif ou négatif exprimé par le spin de l’électron indiqué par +1/2 ou –1/2. Cela permet d’enregistrer un spectre spécifique au radical. l’électron qui est célibataire confère un moment magnétique au radical ce qui est indiqué par l’adjectif paramagnétique. dans la mesure où ils tournent sur eux-mêmes en sens inverse. L’application d’un champ magnétique puissant avec une radiofréquence appropriée.212 Chimie organique La première technique repose sur le paramagnétisme du radical. DH° (kJ. 43). lui-même plus stable que le radical benzyle (figure 6. qu’ils sont isolables. recristallisables et peuvent être stockés. Ph3C. O Ph N N Ph O N N Ph radical oxoverdazyle Figure 6. est plus stable que le radical diphénylméthyle.7 Me Me N O nitroxyde Me Me . stabilité décroissante H C H C radical stable trityle radical diphénylméthyle H C H C H H radical benzyle Figure 6. de l’oxoverdazyle (stabilisé par résonance). H H C H C H C CH2 H C H CH2 Schéma 6. Ainsi le radical triphénylméthyle ou trityle.7).213 6. Les flèches courbes entières utilisées pour indiquer le mouvement d’un doublet d’électrons sont ici remplacées par des demi-flèches courbes dans la mesure où un seul électron de l’atome radicalaire prend part à la mésomérie.6 Certains radicaux sont tellement stabilisés par délocalisation de l’électron célibataire. ou de certains nitroxydes (dans ce cas. le radical allyle CH2=CH-CH2• (DHo = 361 kJ mol-1) résonne entre deux formes limites (schéma 6.6). Entités réactives Les radicaux libres mésomères sont très stables. Par exemple.42). la gêne stérique apportée par les quatre groupes méthyles diminuent la réactivité du radical) (figure 6. C’est le cas du diphénylpycrylhydrazyle déjà cité (schéma 6.43 La stabilité d’un radical mésomère est en rapport avec l’étendue de la délocalisation de l’électron célibataire. 214 Chimie organique L’homolyse d’une liaison de DHo comprise entre 200 et 400 kJ mol-1 peut être le résultat d’une réaction photochimique (rayonnement UV). Ces peroxydes sont utilisés comme initiateurs de réactions radicalaires (schéma 6.44 De même.2’-azobis(2-méthylpropionitrile) (schéma 6. certaines molécules qui ont dans leurs structures des liaisons très faibles comme la liaison O-O des peroxydes d’aroyles Ar-CO-O-O-CO-Ar. .45). en conditions expérimentales douces (température peu élevée.46). par chauffage à une température inférieure à 100 °C. Un initiateur de réactions radicalaires est donc un composé qui libère des radicaux. initiateurs radicalaires R R O C O O O hν ou ∆ C R O C 2 N N R hν ou ∆ 2R + diazoalcane R = alkyl AIBN : R = + 2 CO2 O radical phényle peroxyde d'aroyle si R = H peroxyde de benzoyle ou anhydride perbenzoïque R R 2 N N 2R +N N radicaux alkyles CH3 H3 C C CN Schéma 6.45). Ajouté en très faible quantité à des réactifs susceptibles de réagir entre eux selon un mécanisme radicalaire en chaîne. il initie cette réaction par un premier apport de radicaux en quantité limitée. Certains azoalcanes font aussi partie de ce groupe de molécules comme l’AIBN ou 2. Ils sont aussitôt décomposés en deux radicaux aryles Ar• et une molécule d’anhydride carbonique. avec des DHo comprises entre 80 et 170 kJ mol-1. photolyse).44). au milieu réactionnel.45 Des réactions redox sont aussi susceptibles de libérer des radicaux à partir du peroxyde de benzoyle ou d’un sel de benzodiazonium et de sels cuivreux Cu+ lesquels sont oxydés par transfert d’un électron en sels cuivriques Cu2+ (schéma 6. forment facilement. Cl Cl hν ou ∆ 2 Cl O hν ou ∆ C H3C CH3C=O + CH3 CH3 radical acétyle propanone Schéma 6. des radicaux aroyloxy Ar-CO-O•. ou d’une thermolyse. Il en est ainsi pour l’acétone et le chlore (schéma 6. et en solution. on peut distinguer deux types de radicaux.3 – Les radicaux nucléophiles et électrophiles D’une manière générale. dits nucléophiles et électrophiles. Toutefois. En réalité. Les radicaux nucléophiles sont caractérisés par un carbone radicalaire qui a une densité électronique relativement élevée car il subit les effets inducteurs + I de groupes alkyles.46 Certaines réactions électrolytiques donnent lieu à la formation de radicaux qui sont immédiatement convertis en d’autres composés.4) (figure 6. Les radicaux sont des entités chimiques neutres. comme dans le radical propanoyle. Il s’agit plutôt d’une différence de réactivité envers les alcènes. selon la densité électronique du carbone radicalaire. . O R . ou la contribution des électrons π d’une double liaison C=O.12. C’est le cas de la réaction de Kolbe qui consiste à effectuer une électrolyse d’un sel d’acide organique. comme dans le radical tertiobutyle. Entités réactives transfert d'un électron O C O O O C + O + Cu+ C O N N + Cu+ + O C + Cu2+ O N N + Cu2+ Schéma 6. Les radicaux électrophiles ont un carbone radicalaire à densité électronique faible.8).47). les alcynes. car il subit l’effet de groupes attracteurs par effet –I.11.47 6. et lors de substitutions de certains hétérocycles (§ 6. L’ion carboxylate perd un électron sous l’effet du courant électrique ce qui le transforme en radical carboxylate lequel étant instable fournit un radical alkyle et une molécule d’anhydride carbonique.e- C O R O ion carboxylate C R + CO2 O radical alkyle radical carboxylate 2R couplage R R alcane Schéma 6. les radicaux libres sont plutôt considérés comme des entités électrophiles. la différence entre eux n’est pas comparable avec de vrais réactifs électrophiles ou nucléophiles chargés comme les carbocations ou les carbanions. ou le radical triéthoxycarbonylméthyle. comme le radical trifluorométhyle.5. Le couplage de deux radicaux alkyles conduit ensuite à la formation d’un alcane symétrique (schéma 6.215 6. H3C . en présence de propanal. instable.4 – Les réactions de Minisci Les réactions de Minisci (1968) permettent de former des radicaux « nucléophiles » et « électrophiles ». fournit le radical nucléophile propanoyle à côté d’alcool tertiobutylique (schéma 6. hydroperoxyde d’hydrogène).49 + Ag+ radical tertiobutyle . 1 eH 3C H3C C O OH + H 3C hydroperoxyde de tertiobutyle H3C H 3C C O H3C H3C H 3C C O H3C Fe2+ + ( Fe 3+ + OH ) radical tertiobutyloxy O + H C C2H5 H 3C H3C C O H H3C propanal alcool tertiobutylique + O C C2H5 radical propanoyle Schéma 6. de sels métalliques (Fe2+.H 2+ H3C C COO H + Ag H3C (S2O8(NH4)2 + Ag+) acide triméthylacétique H3C H3C C COO H 3C . L’hydroperoxyde de tertiobutyle réagit avec le sulfate ferreux pour produire un radical tertiobutyloxy instable et très réactif qui.49).12.8 6. Ag+…) et d’un composé organique qui libère le radical par perte de H•.CO2 H3C H3 C C H3C Schéma 6.216 Chimie organique H3 C H3 C C H3C radical t-butyle EtOOC F O C F EtOOC C F C2H5 radical propanoyle EtOOC radical trifluorométhyle radicaux nucléophiles C radical triéthoxycarbonylméthyle radicaux électrophiles Figure 6.48 L’acide triméthylacétique est oxydé par un sel d’argent Ag2+ (qui résulte de l’action du persulfate d’ammonium sur le nitrate de Ag+) en un radical triméthylacétate. Les radicaux nucléophiles sont produits à partir de peroxydes (hydroperoxyde de tertiobutyle.48). qui se décarboxyle immédiatement en radical nucléophile tertiobutyle (schéma 6. Toutefois. y compris celles qui ne font pas intervenir de radicaux. comme pour les carbocations. puis – les réactions en chaîne ou propagation. . figure 4. soit en raison de l’inversion du système pyramidal (comme les amines. si elles ne sont pas maîtrisées. réduit (alcane) (schéma 6. – la terminaison qui permet de faire disparaître les derniers radicaux formés. l’addition sur les composés éthylèniques.5.50 6.51). Mn3+ + H-C(COOEt)3 .13). déplacements d’atomes ou de groupes sur le carbone radicalaire afin de créer un radical plus stable. 6.i).50). le couplage entre deux radicaux. Les réactions les plus classiques sont la dismutation (ou disproportionation). Toutes les réactions. le déplacement d’un radical hydrogène entre un radical et un alcane. Les réarrangements.12. la nature du solvant n’a qu’une importance relative. De nombreux exemples sont donnés ci-après à partir de § 6.12.12. un mélange en quantités égales de leurs dérivés d’oxydation et de réduction sont appelées réactions de dismutation.5. on distingue trois parties dans une réaction radicalaire : – l’initiation qui permet l’apparition des premiers radicaux. la même réaction se reproduit en fournissant le produit de la réaction et un radical. Les réactions radicalaires sont presque toujours des réactions très rapides (en chaîne) qui peuvent produire des explosions. Le radical est donc d’une part. ressemblant ainsi aux carbanions (§ 6. sont quasi inexistants pour les radicaux alkyles.H Mn2+ + C(COOEt)3 Schéma 6. Souvent. l’addition-élimination de radicaux (substitution aromatique).23) lorsque le radical possède cette structure.12. les polymérisations radicalaires et les auto-oxydations.5 – Les réactions radicalaires Les réactions des radicaux sont nombreuses et souvent complexes. Dans de nombreux cas.d. il existe quelques réarrangements très spécifiques (§ 6. la substitution des alcanes. Contrairement aux réactions dites ioniques.5. Les réactions explosives sont radicalaires.a – Dismutation (ou disproportionation) Deux radicaux alkyles primaires portant un hydrogène en position D du carbone radicalaire (CαH) peuvent réagir l’un sur l’autre pour donner une molécule d’alcane et une molécule d’alcène selon le mécanisme suivant qui fait intervenir le déplacement d’un radical hydrogène. elles conduisent à des racémisations en raison de la possibilité d’attaques soit des deux côtés du plan dans lequel le radical s’inscrit. oxydé (alcène) et d’autre part. et enfin. qui ainsi produisent à partir d’un composé unique. Entités réactives Le radical triéthoxycarbonylméthyle est formé par action d’un sel de manganèse Mn3+ sur le triéthoxycarbonylméthane (schéma 6.217 6. réagit avec un alcane ramifié pour former un nouveau radical plus stable par déplacement d’un radical hydrogène (schéma 6.53).51 6. 6.12.c – Stabilisation de radicaux par échange de radical H• entre radical instable et alcane ramifié Un radical alkyle (primaire ou secondaire) instable ou peu stable. R + R' R R' Schéma 6. 1 e- R 2 R X Na NaX R R + X + Na R Schéma 6.12. .52 C’est aussi l’un des mécanismes proposés dans la réaction de Wurtz (1855) qui consiste à chauffer ensemble deux molécules de bromure d’alkyle en présence de sodium afin d’obtenir un alcane symétrique (schéma 6. La réaction inverse n’est pas possible. C’est la réaction inverse de l’homolyse d’une liaison (schéma 6.53 Rappel : le couplage radicalaire représente aussi la dernière partie de la réaction de Kolbe (schéma 6.47).b – Couplage radicalaire C’est la formation d’une liaison entre deux radicaux identiques ou différents.52).5.5.218 Chimie organique H R2 H C R1 CH2 + H R2 R2 C R2 C CH2 H + alcane R1 CH2 R1 R1 CH2 C alcène Schéma 6.54). dans le cas d’un excès de chlore par rapport à l’alcane.54 6. hν X2 initiation RH + X R + XH R + X2 RX RH + X R + XH . en présence de l’halogène produit un monohalogènure d’alkyle. forme d’abord des radicaux halogènes X• en présence de lumière visible ou UV. Le radical halogène qui l’accompagne peut. soit.12.55)..5.219 6.d – Réactions de substitution La réaction d’halogènation des alcanes sous rayonnement UV est un exemple classique de substitution radicalaire (schéma 6. R2. attaquer le monohalogénure d’alkyle déjà formé s’il existe plusieurs hydrogènes susceptibles d’être substitués par un . Ce dernier. ce qui représente l’initiation de la réaction. R1. soit réagir avec une nouvelle molécule d’alcane s’il en reste dans le milieu avec propagation de la réaction en chaîne. Ces radicaux attaquent l’alcane RH pour fournir une molécule d’halogènure d’hydrogène et un radical alkyle.. R3 = groupes alkyles Schéma 6. R RX propagation terminaison 2X + X + X Schéma 6.55 L’halogène (brome ou chlore). Entités réactives R3 R2 C CH2 + C H R1 R3 C R1 R2 CH2 H + C R1 + CH3-CH3 + H C CH3 R2 CH3 H + C(CH3)3 CH3 R R3 CH3 C C CH H + R1 C H3 C CH3 radical tertiaire stable alcane ramifié radical secondaire peu stable CH3 radical tertiaire stable HC(CH3)3 R C H3C alcane ramifié CH3-CH2 R2 CH3 CH3 radical primaire instable CH3 R3 CH3 R. . hν Cl2 Cl + H hν CH2Cl2 + 2 HCl chlorure de méthylène CHCl3 + chloroforme + 4 HCl CCl4 tétrachlorure de carbone 2 Cl (initiation de la réaction) H H C H ClH C H + H H H H C radical méthyle H + Cl 3 HCl Cl H C H + Cl CH4 Cl réaction en chaine H chlorure de méthyle En cas d'excès de chlore par rapport au méthane: H H Cl + H C Cl ClH C + H H H H Cl C + Cl Cl Cl Cl C Cl radical chlorométhyle + H H chlorure de méthylène Schéma 6. hν 4 Cl2. Cette réaction appliquée à des alcanes autres que le méthane conduit à un mélange de composés mono ou polyhalogénés.56). avec l’éthane. La terminaison de la réaction correspond le plus souvent à un couplage d’un radical X• et d’un radical alkyle. etc. Cl2. puis le tétrachlorure de carbone. comme dans le cas du méthane. et cela. hν CH3Cl + HCl chlorure de méthyle 2 Cl2.2-diméthylpropane (néopentane). jusqu’à épuisement des réactifs. et selon la quantité de chlore mise en réaction. ou le 2. Toutefois. Dans le cas de la chloration du méthane (schéma 6. selon le nombre d’hydrogènes substituables et le nombre de moles d’halogène mises en réaction pour une mole d’alcane (donc selon la stœchiométrie). il se forme successivement le chlorure de méthyle. La réaction se poursuit à partir du monohalogénure d’alkyle pour conduire successivement à un dihalogènure d’alkyle. hν CH4 3 Cl2. puis un trihalogénure d’alkyle. le chloroforme. un monohalogénure peut être obtenu. le cyclohexane.220 Chimie organique halogène.56 Cl CH3Cl . le chlorure de méthylène. un radical alkyle est formé. la sélectivité de la bromation est plus élevée que celle de la chloration. des alcanes et leurs dérivés halogénés à chaînes plus longues que l’alcane de départ… et qui peuvent être le résultat de ruptures de chaines carbonées. en extrait un radical H•.57) : t-Bu-O-O-t-Bu hν t-BuOH + R t-Bu-O + R-H R 2 t-Bu-O t-Bu-O + t-Bu-O-Cl + R-Cl Schéma 6. en présence d’acide sulfurique (sous rayonnement UV. Les mécanismes sont différents de ceux indiqués pour les réactions avec les halogènes. sous rayonnement UV. Pour l’hypochlorite de t-butyle.221 6. La présence d’un groupe phényle oriente l’attaque en α de ce groupe. favorise la possibilité d’une réduction de l’iodure d’alkyle formé dans la réaction. en présence de l’haloamine protonée. La présence de groupes à effet –I. les carbones aromatiques sont plus difficiles à substituer que ceux des chaînes aliphatiques qu’ils portent. acides ou esters. le mécanisme est le suivant (schéma 6. par exemple. Si des groupes fonctionnels sont présents dans la molécule. Elle est peu utilisée car la présence dans le milieu réactionnel d’acide iodhydrique. excellent réducteur. Il réagit alors avec le réactif halogéné pour donner un halogénure d’alkyle et un nouveau radical qui extrait un hydrogène d’une molécule d’alcane en formant un nouveau radical alkyle et ainsi de suite. d’ouverture de cycles. le mécanisme est plus complexe (schéma 6.57 Dans le cas des N-haloamines. l’hypobromite et hypochlorite de t-butyle (t-Bu-OX). ou les N-haloamines (R2NCl). D’une manière générale. Sous l’action de la lumière et en présence de l’initiateur. défavorise l’attaque de ce radical dans leur environnement. L’iodation est difficile et nécessite l’emploi d’une lumière à 184. Ces réactions s’accompagnent de nombreux composés secondaires tels que de l’hydrogène. en présence de peroxyde de t-butyle.58). Il se forme un radical-cation aminium qui. Le radical alkyle correspondant qui en résulte fournit le dérivé halogéné et un radical-cation aminium.9 nm. ceux qui ont un effet +I comme –OR (R = alkyl) orientent l’attaque du radical X• en position α de ce groupe. suivies ou non d’halogénations et de couplages de radicaux divers. ou de sels ferreux comme catalyseurs)… L’addition d’un initiateur tel qu’un peroxyde est nécessaire. Entités réactives L’halogénation est favorisée sur les carbones primaires par rapport aux carbones secondaires et tertiaires. en réagissant sur l’alcane ou le groupe alkyle d’un composé fonctionnel. le phosgène (COCl2). Certaines halogénations peuvent être effectuées en utilisant des réactifs halogénés tels que les monoxydes de brome ou de chlore (X2O). La fluoration est particulièrement difficile à contrôler en raison de la haute réactivité du fluor. . Cette réaction de substitution peut être appliquée à des groupes alkyles liés à des groupes aryles ou fonctionnels. Les réactifs les plus utilisés sont le bromo et le chlorosuccinimide. et la réaction est connue sous le nom de bromation de Wohl-Ziegler (1942). le solvant est le tétrachlorure de carbone. Ce radical réagit sur un composé allylique en formant un radical allylique et de l’acide bromhydrique. Sous l’action d’un initiateur. des peroxydes initiateurs sont nécessaires.Fe+Cl R N R R halogénoamine NH radical-cation aminium R R + R-H NH NH2 + R R R R R + R X R-X N R + NH R H Schéma 6. Le NBS permet sa libération constante et à faible concentration dans le milieu. NBS et NCS. Avec le NBS.59). par exemple un peroxyde. respectivement.59 et C H C H Br C H . L’action de cet acide sur le NBS permet la libération de brome lequel réagit avec le radical allylique pour former le dérivé bromé correspondant. un radical Br• est libéré. La réaction est très sélective. La réaction d’initiation fait intervenir HBr ou Br2 présent sous forme de traces dans le NBS. c’est en réalité le brome qui est le véritable réactif.222 Chimie organique R N R H X X Fe2+ R H . les catalyseurs sont le plus souvent des dérivés séléniés comme les chlorures d’arylsélényles ArSeCl ou les disélénides ArSeSeAr. Pour le NCS.58 L’halogénation en position α de la double liaison des composés allyliques représente un cas particulier de substitution radicalaire (schéma 6. Br2 ou HBr peroxyde Br C H C H + Br C H2 C H + HBr C H C H O + HBr N H O C H C H C H + Br2 O N-bromosuccinimide (NBS) C H C H O N Br C H C H C H succinimide Br Br2 C H C H C H C H + Br Schéma 6. Dans le cas de NBS. préparés selon la méthode de Minisci (§ 6.12. CH3-CH2-CH=CH-CH3 NBS.61 La substitution du benzène par un radical s’effectue par une réaction d’addition-élimination. soit en se dismutant (2)(§ 6. le radical phényle.61).4'-diphényl-bicyclohexyl-2. en se dimérisant (3). Par exemple.5. Dans le cas du benzène (schéma 6.a).60 Si le composé allylique porte deux substituants alkyles différents. Ce radical évolue ensuite plus lentement. provenant du chauffage de peroxyde de benzoyle C6H5-CO-O-O-CO-C6H5.5-diènyl-benzène Schéma 6.4). initiateur radicalaire ajouté au milieu.60) : NBS. peroxyde CH3-CHBr-CH=CH-CH3 CCl4 Schéma 6.5. positions à très faible densité électronique. attaque le benzène (ou ses dérivés) pour former un radical stabilisé par résonance (réaction rapide).2'.62). soit enfin. .62 Les radicaux nucléophiles. (1) -H H (réaction très rapide) (présence d'un radical du milieu) biphényle x2 x2 dimérisation dismutation (3) (2) H H Ph + biphényle H H H H Ph H 4. attaquent de manière préférentielle.223 6.12. peroxyde CH3-CH2-CH2-CH=CH2 CH3-CH2-CHBr-CH=CH2 CCl4 et CH3-CH2-CH=CH-CH2Br Schéma 6. les structures à faibles densités électroniques. soit vers la perte d’un radical H• (addition-élimination) ce qui nécessite la présence d’un radical du milieu (1). le radical tertiobutyle ou le radical propanoyle attaquent les sels de pyridinium en α de l’azote quaternaire. Il se forme d’abord un radical-cation qui perd un radical H• pour conduire aux dérivés substitués correspondants.5'-tétraène cyclohexa-2. Entités réactives La résonance du radical allylique explique la formation de deux isomères lorsque le composé allylique est asymétrique comme dans l’exemple donné ci-après (schéma 6. la réaction s’effectue de préférence sur un carbone secondaire plutôt que sur le carbone primaire (schéma 6. l’effet électroattracteur de C=N attire les électrons vers l’azote et chaque atome de carbone a « moins d’un électron π » par atome de carbone d’où un hétérocycle π-déficitaire. hétérocycle π-excédentaire.5. et inversement pour un hétérocycle S-déficitaire.224 Chimie organique Dans le cas du furane. l’attaque des radicaux électrophiles est favorisée . dans le furane. et 6 électrons sont distribués sur cinq éléments.12. 6 électrons π délocalisés sont distribués sur six carbones ce qui fait un électron / carbone.4) favorisé par un solvant polaire et la présence d’acides de Lewis. Note : dans un hétérocycle S-excédentaire. soit par un . les carbones de l’hétérocycle ont des densités électroniques supérieures à celles des carbones du benzène.1. Chaque atome du cycle a « plus d’un électron π délocalisé ». conduit à un radical délocalisé sur le cycle qui perd ensuite un radical H• avant de fournir le résultat de la substitution (schéma 6. Pour simplifier. Par contre.e – Additions de radicaux sur les doubles liaisons . γ hétérocycle β π-déficitaire β β α N hétérocycles π−excédentaires α α Z = O furane Z = NH pyrrole Z = S thiophène CN CN CN Me C Me Me H Me C Me Me H N H N H O C Me C Me Me CN + C O -H Et COOEt N H C Et ion 4-cyano-2-propionylpyridinium COOEt COOEt O oxydant radical nucléophile H N H ion 2-t-butyl-4-cyanopyridinium CN α -H oxydant radical nucléophile ion 4-cyanopyridinium α α Z pyridine N H β O H COOEt C COOEt COOEt -H oxydant O C COOEt COOEt COOEt 2-(triéthoxycarbonylméthyl)furane radical électrophile Schéma 6. par attaque en position α.63 6.63). Dans la pyridine. soit par un mécanisme ionique (§ 9.Halogénation radicalaire de composés éthylèniques L’addition d’halogènes sur un alcène peut s’effectuer. le radical triéthoxycarbonylméthyle. on peut écrire que dans le benzène. l’oxygène a un effet -I et +M. il est dit excédentaire. plus la réaction est rapide. Le caractère électronégatif de l’atome de chlore facilite la réaction du radical Cl• avec la double liaison éthylènique. c’est-à-dire : Cl2 > Br2 >> I2.225 6. par addition d’un initiateur de réactions radicalaires en quantités catalytiques décomposé par chauffage. Il se forme d’abord un nouveau radical qui. l’hexachloroéthane. Entités réactives mécanisme radicalaire. Cette propriété a été utilisée pour l’isomérisation de composés éthyléniques cis en composés trans. jusqu’à disparition des réactifs (réaction en chaîne). Plus elle est élevée. dans un solvant non polaire. plus stables. La terminaison de la réaction résulte du couplage de deux radicaux intermédiaires. deux chaînes de réactions coexistent. et un radical Cl• qui permet que la réaction se renouvelle et ainsi de suite. en présence de quantités catalytiques de brome (schéma 6. Cl2 initiation Cl réaction en chaîne Cl3C + Cl2C CCl2 tétrachloro-éthylène + Cl2C Cl terminaison Cl3C C Cl Cl3C CCl2 Cl3C CCl3 + hexachloro-éthane CCl2 Cl3C C CCl2 Cl Cl + 2 Cl Cl CCl2 + Cl Cl hν CCl3 Cl Cl3C C Cl Cl Cl2 Cl C CCl3 Cl décachlorobutane Schéma 6. ou en phase gazeuse.64) débute par la formation de deux radicaux Cl• à partir d’une molécule de chlore. sous l’action d’un rayonnement UV.65). sous l’action d’un rayonnement UV (initiation).64 La chloration radicalaire du tétrachloroéthylène (schéma 6. La vitesse de la réaction est fonction de l’intensité lumineuse du rayonnement UV. fournit le produit final. ou directement. Note : le choix du tétrachloroéthylène comme exemple est lié au fait qu’une telle molécule n’ayant pas d’hydrogène ne peut pas donner lieu à une réaction de substitution. par réaction avec les molécules de chlore présentes dans le milieu. La réversibilité de ces réactions (retrait des halogènes et retour à un alcène) est générale et sa facilité est en ordre inverse de la réactivité des halogènes vis-à-vis des doubles liaisons. . réaction possible après addition de l’halogène et en cas d’excès de ce dernier. En raison de la formation de 2 radicaux Cl• lors de l’initiation. 226 Chimie organique H Br H Br H Br Br H Br Br Br Br cis ou Z H Br . plusieurs stéréoisomères de l’hexachloro-cyclohexane sont formés (schéma 6. il y a couplage pour former un radical peroxyle dont la réactivité est très faible avec les alcènes.Br Br H H Br H trans ou E Schéma 6.65 La présence d’oxygène a pour effet de diminuer la vitesse de la réaction. O O O O R + R O O O O radical peroxyle R O O + R R O O R peroxyde Schéma 6. les deux atomes de chlore s’additionnent en position trans. avec décomposition explosive). A forte concentration il devient un inhibiteur (schéma 6.67). Elle nécessite un rayonnement lumineux (ou la présence en quantité catalytique d’un peroxyde) pour s’accomplir. Il réagit avec un radical du milieu pour former un peroxyde (composé instable. .66). Lorsqu’une molécule de chlore est ajoutée à une molécule de benzène. L’oxygène peut être considéré comme un diradical. En présence d’autres radicaux.66 L’halogénation directe par le fluor d’un alcène est souvent explosive… et ne nécessite donc pas un rayonnement UV ! -Chloration ou bromation radicalaire du benzène et des alkylbenzènes La chloration ou la bromation du benzène est une réaction radicalaire. En présence de 3 molécules de chlore. sur le groupe alkyle. le bromure d’hydrogène (et aucun autre halogénure d’hydrogène. .67 Les alkylbenzènes.227 6.3-diène Cl H 1.4.3-diène Schéma 6.6-dichloro-cyclohexa-1. CH2 CH2 CH3 CH2Cl Cl2 Cl radical benzyle stabilisé par résonance Cl CH3 H Cl radical de structure hexadiènyle + Cl chlorure de benzyle CH3 Cl2 H Cl + Cl Cl H 5. initiateur de radicaux libres. sont chlorés.5.69). comme le toluène. de manière préférentielle.68).3.2.Addition radicalaire du bromure d’hydrogène sur les alcènes (effet Kharasch. C’est ainsi que le chlorure de benzyle peut être préparé. addition anti-Markownikov) En présence d’un peroxyde.6-dichloro-1-méthyl-cyclohexa-1.6-hexachloro-cyclohexane Schéma 6. forme un radical Br• (réaction favorisée par rapport à celle du radical H•). Entités réactives hν Cl2 2 Cl H H Cl Cl H Cl Cl2 Cl H H 3 Cl2 H Cl Cl H Cl H Cl Cl H + Cl Cl radical chloro-hexadiènyle 5.68 . Sa formation est favorisée en raison de la plus grande stabilité du radical benzyle par rapport à celle du radical de structure hexadiènyle (schéma 6. Le radical Br• attaque la double liaison en formant un nouveau radical bromoalkyle (schéma 6. pour des raisons thermodynamiques). selon une réaction de substitution. comme l’anhydride perbenzoïque. 5a). La terminaison de cette chaîne fait intervenir des réactions de couplage des radicaux bromoalkyles intermédiaires.69). Le bromure d’alkyle qui est obtenu est donc celui.228 Chimie organique O O O ∆ O O peranhydride benzoïque initiateur radicalaire 2 H + 2 CO2 2 O O O production de Br O + H Et aussi: + H OH HBr HBr H H H H H H H H C H3C a C H3C ou b H-Br . résultant de l’effet peroxyde ou effet Kharasch (1933). L’atome de brome est alors lié au carbone le moins substitué dans le radical bromoalkyle (schéma 6. . Ce résultat est l’inverse de celui qui est observé lorsque la réaction d’addition du bromure d’hydrogène est effectuée dans un solvant polaire.Br H 3C H3C CH2-H radical primaire très instable Schéma 6. parmi les deux possibles. Par réaction avec une nouvelle molécule de bromure d’hydrogène. la réaction est ionique et passe par l’intermédiaire d’un ion carbonium ou carbocation et conduit au bromure le plus substitué (réaction de Markownikov).69 Si l’alcène est dissymétrique. La réaction s’oriente vers la production du radical le plus stable (tertiaire > secondaire > primaire). Dans ce cas. deux radicaux peuvent être le résultat de cette réaction.Br CH2-Br H3C b H3C C CH2 Br H3C radical tertiaire stable H 1-bromo-2-méthyl-propane bromure le moins substitué C H + Br H H3C Br + Br (addition anti-Markownikov due à l'effet Kharasch du peroxyde) a Br H3C H3C C CH2 Br H-Br C . La stéréochimie de ces additions est rendue complexe par des possibilités d’isomérisations dues à la présence de très faibles quantités de brome (voir 6. et selon le carbone éthylènique attaqué. qui est le moins substitué. un bromure d’alkyle est obtenu à côté d’un radical Br•.6.9. d’où le nom de la réaction radicalaire appelée anti-Markownikov. qui attaque de nouveau une molécule d’alcène et la chaîne de réactions se poursuit. 229 6. Addition trans (souvent prépondérante) Br Et Et H C Br C C C Me H Me Me Et Me H Et Br Me C C Me Addition cis H .70 Dans de nombreux cas. . l’addition radicalaire de HBr sur les alcènes dissymétriques conduit à un mélange de dérivés bromés résultant d’additions cis et trans (schéma 6.70). si chacun des deux éléments s’additionne de part et d’autre de ce plan. Entités réactives On rappelle qu’une addition sur un alcène est dite cis si les deux éléments s’additionnent ensemble du même côté du plan « sp2 » de l’alcène.Br Et Me C HS Me H Br Et C C Me Me C Br H .71) ou le 2-bromobut-2-ène. par rapport à Br. lorsque la réaction d’addition est effectuée avec des réactifs très purs. à –80 °C. une forte stéréosélectivité trans.2-diméthylcyclohexène (schéma 6. dans certains cas.Br Me Br Et C Me H C Me .Br H Br Et C R Me Br C S H Me Me Me H Et C C S R Br H mélange racémique 2 Br Schéma 6. serait liée à la courte demi-vie du premier radical formé par addition de Br• qui permet difficilement la rotation autour de l’axe C-1-C-2 en raison du volume atomique du brome. La raison invoquée pour cette tendance à la stéréosélectivité trans de l’addition radicalaire du bromure d’hydrogène. et trans.Br C Me Br H C Me R Et Br C S H Me Me H C R Br mélange racémique 1 Br H Br C C Me Br Et Et H C Me Br C H Me H . et plus particulièrement pour les cycloalcènes (addition totalement trans pour le 1. avec souvent. et à une interaction entre l’atome de brome et le carbone radicalaire qui conduit alors à un radical ponté ne permettant qu’une addition trans de H (de HBr). dans des conditions très douces. et bien que de manière générale les réactions faisant intervenir un radical ne soient pas stéréosélectives (obtention de deux racémiques 1 et 2) en raison des attaques de chaque côté du plan de type « sp2 ». . de 4 à 15 unités.2-diméthyl-cyclohexane Schéma 6. voir ci-après) formés par additions successives de molécules de monomère avec perte d’atomes résultant de l’addition (polyéthylène. 6...71 D’autres composés comme les thiols RSH (RS•.. COO polyester NH2 HOOC COOH H2N NH2 HOOC diacide COOH H2N diamine . souvent l’eau (par exemple : diacides sur diols qui fournit des polyesters... résultent de la condensation de molécules entre elles avec perte d’une petite molécule à chaque condensation. leurs noms triviaux ou semi-systématiques dérivent de celui du monomère devant lequel on ajoute le préfixe « poly »... sont susceptibles de s’additionner selon un mécanisme radicalaire sur les alcènes. HNCO CONH NHCO CONH . des abréviations sont utilisées ou des noms spécifiques.230 Chimie organique Me Me Me H S HBr Me R Br (peroxyde) 1. On distingue les homopolymères constitués uniquement d’un seul type de monomère et les copolymères qui sont formés à partir d’au moins deux monomères différents qui peuvent être en séquences alternées ou au contraire désordonnées. Pour les plus communs. L’unité monomérique est le groupe bivalent dérivé du monomère dont la répétition constitue le polymère..f – Polymérisation vinylique Un polymère est un composé de masse moléculaire élevée formé à partir de petites molécules appelées monomères. Quelques exemples sont donnés tableau 6.72). ou diacides sur diamines qui permet de préparer des polyamides) (schéma 6..2.. Les propriétés d’un polymère ne varient pas si l’on fait varier ce nombre. H•) ou CCl4 (CCl3•.x H2O ...72 Note : Pour les homopolymères. en plus ou en moins..2-diméthyl-cyclohexène + R H Me Br S Me (d. Leur nombre peut varier de 100 à 100 000 unités. Il existe des polymères d’addition (par exemple. Cl•).. de quelques unités..l)-1-bromo-1..... OH HOOC COOH HO OH diacide HOOC COOH HO dialcool . et les polymères de condensation qui. le retrait ou l’addition d’unités monomériques fait varier ses propriétés.5.. polyamide Schéma 6..12.x H 2O .. par polymérisation radicalaire. . comme leur nom l’indique.. Un oligomère est aussi constitué à partir de molécules de monomères mais en nombre restreint. OOC COO OCO .. A la différence du polymère.. par exemple). 73).2 La polymérisation radicalaire suit le modèle de la plupart des réactions radicalaires : initiation par un initiateur de réaction radicalaire comme l’anhydride perbenzoïque. Entités réactives monomère structure du polymère nom trivial abréviation CH2=CH2 . C’est la raison pour laquelle. réaction très rapide voire violente. En se décomposant. quinones) qui agissent comme antioxydants pour éviter une polymérisation inopinée.(CH2-CH)nCH3 CH3 -(CH2-C)n CH3 CH3 -(CH2-C=CH-CH2)n- polypropylène PP polyisobutylène PIB CH2=C(CH3)2 CH3 CH2=C-CH=CH2 polyisoprène CH2=CH-Ph Ph -(CH2-CH)n- polystyrène PS CH2=CHCl Cl -(CH2-CH)n- polychlorure de vinyle PVC CF2=CF2 -(CF2-CF2)n- polytétrafluoroéthylène ou Téflon Tableau 6. Le mécanisme est donné pour le polyisobutylène (schéma 6. les monomères vendus dans le commerce sont stabilisés par de petites quantités d’inhibiteurs radicalaires (phénols. et aussi par dismutation). ou l’AIBN dont une partie de la structure se retrouve au début du polymère. chaîne de réactions radicalaires (ou propagation des chaînes) avec un renouvellement du même mécanisme jusqu’aux réactions de terminaison (couplage entre deux radicaux polymères ou avec un radical d’initiateur radicalaire et un radical polymère. Les alcènes de petites tailles comme l’éthylène ou le propène sont plus difficiles à polymériser que les autres monomères comme le chlorure de vinyle. ces peroxydes libèrent des radicaux qui peuvent initier la propagation des chaines. L’oxygène de l’air est susceptible de former des peroxydes en présence d’alcènes.231 6. . Leurs polymérisations nécessitent un chauffage et des pressions élevées.(CH2-CH2)n- polyéthylène PE CH2=CH-CH3 . 5. indiqués ci-après (schéma 6. de nombreux composés organiques comme les alcanes. les aldéhydes ou les éthers.73 La polymérisation de composés de structure CH2=CH-f où f représente un atome ou une fonction peuvent se polymériser de façon anarchique avec des positions variables de f dans la chaîne du polymère.232 Chimie organique Initiation: ∆ initiateur de radicaux libres H3C C H3 C Rad CH2 Rad C H3C CH2 Rad H3 C isobutylène radical le plus stable Propagation des chaînes H3C H 3C C CH3 H3 C C CH2 C CH2 H3C H3C CH3 CH2 C CH2 Rad CH3 Rad H 3C H3C C C CH2 H 3C CH2 H3C CH3 H3C CH3 C CH2 Rad CH3 CH2 Rad C CH2 C CH3 H3 C 2 isobutylène Terminaison CH3 H3C C CH2 C H3 C C CH H3C CH3 C CH2 Rad CH3 n-1 x 2 (dismutation) H3C CH3 H3 C CH2 Rad n-1 CH3 CH CH2 C + H3 C polymère: polyisobutène CH2 Rad CH3 n-1 unité monomérique Schéma 6. peuvent . les alcènes.74) d’une manière générale par R-H. Certains catalyseurs métalliques permettent d’éviter la formation de polymères atactiques. Ils ont des propriétés différentes d’un polymère bien ordonné dit isoatactique. Ces polymères sont dits atactiques.12.g – Auto-oxydation des composés organiques Laissés en présence d’oxygène et sous l’action d’un rayonnement UV (le soleil par exemple). 6. moins intéressants pour les applications industrielles. issu d’une photolyse ou de toute autre réaction. et incapables d’intervenir dans de nouvelles réactions dans le milieu. OH NH2 OH p-hydroquinone NH2 p-phénylènediamine Figure 6. les solvants commerciaux contiennent de petites quantités d’inhibiteurs de radicaux libres ou antioxydants comme l’hydroquinone ou la p-phénylènediamine (figure 6. qui. lequel peut renouveler le cycle réactionnel avec une molécule d’oxygène… Rad + R-H RadH + R RH désigne un alcane. Ces derniers contiennent des hydrogènes (H de OH phénolique ou de NH2 d’amines aromatiques) qui peuvent être facilement extraits par réaction avec les radicaux formés à partir du solvant. R-O-O-H.233 6. Les nouveaux radicaux qui en résultent sont stables. selon un processus lent. peu réactifs. extrait un radical H• de RH.9 . il se forme un radical peroxyle R-O-O•. Le radical peroxyle peut réagir avec R• du milieu pour former un peroxyde R-O-O-R. C’est pourquoi. ou un aldéhyde. le diéthylé). en raison de leur grande instabilité. un éther. Un premier radical du milieu Rad•. En présence d’oxygène qui peut être considéré comme un diradical. en hydroperoxydes. R + ROO O-O radical peroxyle R-O-O + R-O-O-H R-H + R O2 hydroperoxyde R-O-O + R-O-O-R R peroxyde R-O-O-H R-O + radical alcoxy (si R = alkyl) OH radical hydroxyle Schéma 6. par réaction avec une nouvelle molécule R-H. Entités réactives être oxydés à température ordinaire. Ces composés souvent présents dans les solvants de laboratoire en plus ou moins grandes quantités ont été à l’origine d’explosions lors de la distillation de ces solvants (en particulier.9). avec formation de sulfate ferrique. par une solution aqueuse de sulfate ferreux est un autre moyen qui permet d’éviter la présence de peroxydes car ce sel les réduit. Le traitement de ces solvants. forme l’hydroperoxyde R-O-O-H et un nouveau radical R•. un alcène.74 D’autres réactions sont possibles. Il explique la formation de radicaux d’origine biologique à partir des lipides. qui. ce qui la durcit. Ils perdent facilement CO2 pour former des radicaux alkyles. forment des alcanes (voir le schéma 6. de cancers de la peau. le radical tocophéroxyle. sont utilisés comme édulcorants (conservateurs) dans l’industrie alimentaire. La peroxydation lipidique serait à l’origine de nombreuses maladies (maladies d’Alzheimer ou de Parkinson. D’autres composés antioxydants qui fonctionnent selon le même principe que la vitamine E. La vitamine E. a pour rôle d’éviter une augmentation anormale de radicaux dans l’organisme (schéma 6. Elle intervient en libérant un radical H• de sa fonction phénol ce qui la transforme en un radical très stable inactif. .5. de diverses maladies cardiovasculaires) car une abondance anormale de radicaux dans les tissus biologiques peut déclencher leur nécrose ou leur mort.12.47).h – Décarboxylation d’anions carboxylates : synthèse des alcanes selon la réaction de Kolbe L’électrolyse des sels d’acides aliphatiques conduit par oxydation anodique à des radicaux carboxylates selon la réaction de Kolbe (1849).234 Chimie organique L’auto-oxydation joue un rôle dans le durcissement des couches de peinture puisque les radicaux RO• qui résultent de la décomposition des hydroperoxydes permettent d’initier la polymérisation de certains constituants. un tocophérol. qui est recyclé en vitamine E par une réaction d’oxydo-réduction faisant intervenir la vitamine C. par couplage. CH3 CH3 H O R radical d'origine biologique O CH3 O H3C CH3 H RH CH3 O HO Me O CH3 C16H33 C16H33 CH3 CH2 O O H3 C C16H33 vitamine E (un tocophérol) CH2 H3 C Me + Me Me O H3 C CH3 C16H33 équilibre entre deux structures du radical tocophéroxyle H3 C O CH3 C16H33 forme quinonique radical stable tocophéroxyle OH HO O O O H OH H vitamine C Vitamine E Schéma 6. L’auto-oxydation est un phénomène important en biologie. Ces mécanismes radicalaires sont aussi à l’origine du rancissement des huiles végétales.75).75 6. Ce radical en réagissant alors avec une nouvelle molécule de sel de N-chloraminium conduit au chlorure d’alkyle à côté d’un nouveau radical-cation aminium. La présence d’un groupe phényle sur Cα permet une interaction entre l’électron célibataire du radical et les électrons π de ce groupe. qui. Finalement. il existe quelques cas de réarrangements très spécifiques (§14).235 6.12. Un exemple est donné avec le 3. Ce type de réarrangement des radicaux alkyles est inconnu. en présence d’ions ferreux. La réaction peut alors se renouveler et ainsi de suite jusqu’à épuisement des réactifs (schéma 6. Entités réactives 6.12. état transitoire. Il se forme d’abord un sel de N-chloraminium.76). favorise un réarrangement. Ainsi. Un exemple se trouve dans la chloration des alcanes par une N-chloramine en présence d’acide sulfurique et d’ions ferreux.5. Celui-ci réagit sur un alcane RH en formant un radical alkyle R• et un sel de l’amine.6 – Le radical-cation Un radical-cation est un cation qui possède un électron célibataire.3-diphénylbutanal (schéma 6.11. . le groupe phényle se déplace d’un carbone et le radical correspondant devient un radical tertiaire plus stable. Ph Ph C CH2 Me Ph C CH2 Me H Me-C=O C O _ Me C H O Ph Ph Ph .76 6. des radicaux primaires pourraient être transformés en radicaux plus stables par un tel réarrangement en devenant secondaires voire tertiaires.77). correspond à un déplacement de groupe ou d’hydrogène qui permet la création d’une nouvelle entité plus stable que celle de départ. est converti en un radical-cation aminium.4a). Il débute par le retrait d’un radical hydrogène de la fonction aldéhyde par un radical acétyle.CO C CH2 C Me Ph O Me C CH2 Ph Ph C CH2 Me C CH2 Me radical primaire radical tertiaire état transitoire Schéma 6. Par contre.i – Réarrangements Le réarrangement d’entités chimiques. comme les carbocations (§ 6. Un radical ponté. Le radical qui en résulte perd une molécule d’oxyde de carbone pour devenir un radical primaire. 77 6.78).236 Chimie organique R' N Cl R' H NH Cl Fe 2+ N H R' + RH + R NH2 R' R' R' R' R + N H + Fe Cl R' R' R' R' R' NH + Cl R' R' R' N H RH N H + RCl R' + R NH2 R' R' Schéma 6.pour produire un nouveau radical-anion (réaction 4) et ainsi de suite… Toutefois. Par exemple. . il est possible que le radical-anion réagisse avec une molécule RX pour former le produit de la réaction RY et un nouveau radical-anion (réaction 5).78 D’une manière plus générale.(réaction 2). Un composé RX (X = I ou NO2) est traité par un réactif nucléophile Y-.7 – Le radical-anion Un radical-anion est un anion qui possède un électron célibataire. Ce radical alkyle peut soit se coupler avec Y· pour conduire au produit de la réaction R-Y (réaction 3) ou réagir avec le nucléophile Y. Il s’effectue d’abord un transfert d’un électron du réactif nucléophile vers le composé RX ce qui crée un radicalanion et un radical Y• (réaction 1). le mécanisme SET intervient dans certaines réactions de substitution dans lesquelles un radical est détecté (schéma 6.79). le mécanisme dit SET (Single Electron Transfer) qui intervient dans la formation d’un organomagnésien à partir de magnésium métal et d’un halogénure fait intervenir des radicaux-anions et des radicaux-cations (schéma 6. R-X + RX Mg R R-X + X + R + X-Mg + Mg X Mg X-Mg R-Mg-X Schéma 6. Le radical-anion se décompose ensuite en un radical R• et un anion X.12. 6. dans l’ammoniac liquide. ou hétérolyse d’une liaison C-Y où Y représente. conduit par une première étape à un radical-anion (§13.1). H2 C H2C CH2 cyclopropane H CH2 CH2 ∆ H C HC CH2 CH2 H3C H C CH2 propène H Schéma 6. Les carbanions sont des réactifs nucléophiles. Par exemple la thermolyse du cyclopropane fournit un diradical. le plus souvent. Li+) (schéma 6. qui. + C carbanion Y contre-ion Schéma 6. est transformé en propène (schéma 6.12. Au même titre que les carbocations possèdent des contre-ions (anions).8 – Le biradical ou diradical Un biradical ou diradical est une structure dont deux atomes ont chacun un électron célibataire. par exemple des composés carbonylés.13 Les carbanions Les carbanions sont des groupes organiques dont un carbone porte une charge négative.80 6.79 L’utilisation de métaux dits solubles pour des réductions de Birch.81). suite à un réarrangement (cas rare). K+.80). Ce carbone possède alors un doublet d’électrons constitué d’un électron du carbone et d’un électron qui résulte de la rupture hétérolytique. Entités réactives + R X Y 1) R X 2) R X 3) R + Y 4) R + Y 5) R R + Y + R R + Y X Y Y R X R Y + R X Schéma 6. soit une base protonée.237 6. soit un cation métallique alcalin (Na+.81 . un hydrogène ou un métal alcalin. tout carbanion possède un contre-ion qui est. en présence d’un composé « donneur de proton » comme un alcool. D’autres bases peuvent être utilisées comme la soude ou la potasse.82).3.13. NO2…. -δ C +δ H + . en fonction du carbanion à former. pour être extrait sous forme de proton par une base ce qui équivaut à un équilibre acido-basique. ou K+) alcoolates de sodium ou de potassium H N H pipéridine N pyridine (Na+. la pyridine. et que le carbanion résultant est stabilisé par résonance.238 Chimie organique 6.1 – Formations Les carbanions résultent principalement d’une rupture hétérolytique d’une liaison C-H où l’hydrogène est suffisamment acide en raison de la présence sur le carbone de substituants à effet électroattracteur –I ou –M comme RCO. pour être extraits sous forme de protons par un ion alcoolate. Deux exemples de formation de carbanions sont donnés dans le schéma 6. le tertiobutylate de potassium. Elles sont indiquées pour chaque réaction où interviennent des carbanions dans les paragraphes correspondants. ou K+) iPr N (Li+) iPr amidure dii-propylamidure de lithium ou LDA de sodium ou de potassium Schéma 6. soit des anions amidures présents dans l’amidure de sodium ou de potassium. Le carbanion est alors la base conjuguée du composé à hydrogène acide dont il est issu. soit des anions alcoolates présents dans les alcoolates comme l’éthylate de sodium. l’acétate de sodium….83. La formation des carbanions est d’autant plus aisée que l’acidité de l’hydrogène à extraire est plus élevée. Plus ces valeurs sont faibles et plus les hydrogènes sont acides. la base utilisée forte. Les hydrogènes de CH2 du malonate d’éthyle sont suffisamment acides. CN. COOEt. Quelques valeurs de pKa sont données dans le tableau 6. BH C B Bases très utilisées: Et Et N N H Et triéthylamine R O (Na+. et aussi le diisopropylamidure de lithium (LDA) (schéma 6. La présence de groupes électroattracteurs par effets –I en α de la liaison C-H augmente . et des conditions expérimentales exigées.82 Les bases les plus utilisées sont soit des amines. comme la triéthylamine. du type de réaction à effectuer. qui agissent grâce au doublet libre de l’azote. les carbonates alcalins. la pipéridine. en raison de l’effet électroattracteur –I des groupes esters. donc plus facile est la formation d’un carbanion. Il en est de même des hydrogènes liés à une triple liaison terminale qui sont extraits par les ions amidures. 8 triacétylméthane 6 dinitrométhane 4 trinitrométhane 0 tricyanométhane -5 Tableau 6. nitrométhane. acétone. malonate d’éthyle. Na R C C .1.7 nitrométhane 10. Na H EtOH absolu H C éthylate de sodium COOEt + EtOH Na H malonate d'éthyle R C C NH3 liquide H + H2N .83 R-H + Base composés RH CH3CH3 CH4 CH2=CH2 C6H6 PhCH3 Ph3CH Ph2CH2 HCF3 HC CH CH3CN CH3COCH3 C6H5COCH3 CH2(CO2Et)2 CH2(CN)2 H2C(CF3)2 MeCOCH2COOEt CH3NO2 (MeCO)2CH2 (MeCO)3CH CH2(NO2)2 CH(NO2)3 CH(CN)3 R + Base-H noms pKa éthane 50 méthane 48 éthène 44 benzène 43 toluène 37 triphénylméthane 31.3 + NH3 .1.2 acétylacétone 8.3 malononitrile 11 1.239 6.5 trifluorométhane 28 éthyne 25 acétonitrile 25 acétone ou propanone 20 acétophénone 19 malonate d'éthyle 13.3.3. Na amidure de sodium Schéma 6.5 diphénylméthane 33. entre autres).3-hexafluoropropane 11 acétylacétate d'éthyle 10. Entités réactives l’acidité (ex : trifluorométhane. COOEt COOEt H C + OEt. acétonitrile. 240 Chimie organique Les carbanions peuvent aussi résulter de l’action des métaux sur des halogénures comme dans le cas du chlorure de trityle (schéma 6. Par exemple.84). ainsi obtenus.84 Le n-butyllithium qui est très facilement préparé par action du lithium sur le bromure ou chlorure de n-butyle dans l’éther à –10 °C permet de nombreuses métallations.85).85 Une autre réaction fournit des carbanions. ou trityle est réduit en carbanion correspondant par cette méthode. ou organolithiens. c’est la réduction par l’amalgame de sodium de radicaux stables. CH3-(CH2)3-Br + 2 Li CH3-(CH2)3-Li + LiBr bromure de n-butyle n-butyllithium OMe OMe CH3-(CH2)3-Li MeO MeO + + CH3(CH2)2-CH3 Li CH3-(CH2)3-Li + RX CH3-(CH2)3-X + R-Li ou R Li organolithien Schéma 6.86). plus particulièrement celle des composés aromatiques y compris les hétérocycles.86 Ph C Ph Na . en milieu polaire (schéma 6. Ph Ph Ph 2 Na C Cl Ph + NaCl . Inversement. Ph Ph C Ph Ph Na/Hg réduction O2 oxydation Schéma 6. Na C Ph Ph chlorure de trityle carbanion trityle Schéma 6. le radical triphénylméthyle. ce carbanion est converti en radical correspondant (schéma 6. permettent l’ensemble des réactions des carbanions. Le n-butyllithium réagit avec des halogénures divers en formant un nouveau composé lithié et l’halogénure de n-butyle. Les dérivés lithiés. en présence d’oxygène. Si on considère des dérivés de l’éthane.2 – Stabilité Une entité chimique stable est toujours peu réactive. et inversement. mais cela n’est qu’une apparence car les mécanismes impliqués sont plus complexes et font intervenir plusieurs molécules d’organomagnésiens (§ 10. la stabilité des carbanions aliphatiques. définie par le pKa. de la liaison CH à l’origine de sa formation. La stabilité des carbanions correspondants suit cette variation d’acidité.10) qui diffèrent. Selon les méthodes utilisées. pour ces composés. On peut en déduire aisément que les carbanions issus de composés à hydrogènes peu acides seront des bases fortes donc instables. La difficulté réside dans d’obtention de ces pKa. s’il a un caractère fortement basique. La liaison entre R et MgX a un fort caractère covalent. Plus le caractère « s » est élevé.1). c’est-à-dire que l’hydrogène porté par la liaison C-H dont il dérive est extrait difficilement. les valeurs divergent. Par contre. même si elles restent proches. ordre inverse des carbocations. ou Li en milieu polaire) qui ont un fort caractère ionique. MgX+. l’acétylène dont le caractère « s » est de 50% (« sp ») est plus acide que l’éthylène avec un caractère « s » de 33% (« sp2 ») lui-même plus acide que l’éthane avec un caractère « s » de 25 % (« sp3 »). moins l’atome d’hydrogène est retenu au carbone et plus l’acidité de H augmente. par la nature des hybridations des deux premiers carbones qui les constituent. Cette basicité est d’autant plus élevée que son acide conjugué est faible. que la stabilité du carbanion est directement en rapport avec l’acidité. suit l’ordre : méthyle > primaire > secondaire > tertiaire. dans leurs réactions. surtout pour les alcanes.13. « sp2 » et « sp ». en solution. Entités réactives Remarque importante : les organomagnésiens RMgX se comportent le plus souvent comme le couple R-. plus les électrons de liaison C-H sont rapprochés du noyau du carbone.10). de l’éthylène et de l’acétylène (figure 6. diminution de l'acidité de H +δ H sp C sp -δ C R +δ H sp2 sp2 C H C R H -δ +δ H sp3 sp3 C C H2 H2 R = alkyl C C R C C R H C C H2 augmentation de la stabilité du carbanion augmentation de la basicité du carbanion Figure 6.241 6.10 R -δ R . leur basicité suit l’ordre inverse (figure 6.8. en particulier. respectivement hybridés « sp3». Dans le cas du carbanion. 6. En général. il est instable. et plus particulièrement dans les solvants polaires. contrairement aux liaisons C-Na (K. aryl. l’une des formes limites affecte la charge négative à un hétéroélément.87). H2C C H CH2 H2C carbanion allylique Schéma 6. Il y a stabilisation par résonance. NHR'. oxygène ou azote. Dans le carbanion résultant. comme dans le carbanion allylique. NR'. et cette forme limite est prépondérante car elle est située sur l’élément le plus électronégatif (schéma 6. NO2. par exemples. CN. Le terme « carbanion » devient alors discutable malgré une orientation des réactions avec les réactifs électrophiles vers le carbone plutôt que vers l’hétéroélément.R" : amides C forme limite prépondérante (anion énolate) C C H C H N N R R R = alkyl. aralkyl : cétones R = H : aldéhydes R = OR' : esters R = NH2.88 C H CH2 . COOR.87 Parmi les groupes les plus classiques qui peuvent stabiliser un carbanion. aralkyl : imines R = OH : oxime R = NH2. Dans ces cas. ou une triple liaison (schéma 6.R" : hydrazones R = NH-CO-NH2 : carbazones forme limite prépondérante Schéma 6. les groupes qui avaient un effet électroattracteur –I deviennent pour certains –M en raison d’une délocalisation du doublet d’électrons du carbanion. NR'. N C N C C C anion issu d'un nitrile aliphatique R C C C H C H O O R = alkyl. aryl.242 Chimie organique La plupart des carbanions sont mésomères car ils sont formés par déprotonation d’une liaison C-H (avec H acide) située en position α d’un ou plusieurs groupe(s) électroattracteur(s) ayant une double ou triple liaison à effet –I. on peut donner la liste suivante selon l’ordre de stabilité décroissant : NO2 > RCO > COOR > SO2 > CN ≈ CONH2 > halogène Une stabilisation par délocalisation de la charge est aussi rencontrée lorsque le carbone chargé est conjugué avec une double liaison. NHR'.88). CO. 90). Entités réactives C’est encore le cas des carbanions benzyliques dont la charge est délocalisée sur un noyau benzénique.91). tous les carbanions dont le carbone chargé est lié à un système aromatique y compris hétérocyclique (schéma 6. contrairement au cyclopentadiène (schéma 6.17 doit être évoqué ici dans la mesure où ces composés ont un carbone chargé négativement.243 6. ou d’une manière plus générale. . Dans ce cas.89 La mésomérie intervient aussi dans le cas du carbanion cyclopentadiènyle qui possède un caractère aromatique. mais on ne peut pas négliger le rôle de la résonance entre formes limites dans le cas des ylures de soufre et de phosphore (schéma 6.89). C C C C C Schéma 6. La charge positive de l’hétéroatome stabilise la charge négative du carbone.90 Le cas particulier des ylures présentés au paragraphe 6. le carbanion est fortement stabilisé par effet de champ. H H H C C HC HC CH CH cyclopentadiène base -H (réaction très facile) HC HC H C CH CH H C CH HC C CH HC HC C CH pKa (C-H) = 16 carbanion cyclopentadiènyle (caractère aromatique) Schéma 6. bien entendu. R1 R1 C C R2 R2 R3 R3 carbanion rappel: R1 R1 N N R2 R2 R3 amine R3 Schéma 6. Les carbanions mésomères sont plans en raison du recouvrement de l’orbitale contenant le doublet d’électrons du carbone avec celles des électrons π des doubles liaisons conjuguées (schéma 6. elle correspondrait à celle d’un carbone hybridé « sp3 » dont une orbitale hybridée renfermerait un doublet d’électrons. les carbanions pontés dont la configuration est bloquée.13.3 – Structures Les difficultés pour « isoler » les carbanions ne permettent pas d’assurer totalement leur(s) structure(s). . s’inverse constamment selon le principe du « parapluie retourné » (schéma 6. Pour les carbanions aliphatiques. la configuration du carbanion.92 Cette structure ressemble à celle de l’azote dans les amines et a pu être observée pour le carbanion méthyle.93). également substitué.244 Chimie organique N C S C P C S C P C ylure d'azote ylure de soufre ylure de phosphore Schéma 6.92) sauf. Comme les amines tertiaires qui possèdent trois substituants différents.91 6. réaction de Wittig (§ 10. les conditions expérimentales. selon les conditions expérimentales. R1 R3 C C R2 Figure 6.7). la nature du solvant. ont une importance majeure pour l’orientation stéréochimique de la réaction.93 Les carbanions dérivés d’alcènes par retrait d’un hydrogène à un carbone hybridé « sp2 » sont eux aussi plans et restent hybridés (figure 6. En raison de leur nombre. toutes ces réactions sont présentées dans les chapitres suivants. Entités réactives C C C C structure de type sp2 O O C C O Schéma 6. le doublet d’électrons se trouve alors dans une orbitale hybridée « sp2 ». Dieckmann. réactions de Claisen. halogénation des cétones (§ 8.4) : aldolisation en milieu basique. Perkin. Stobbe. Knoevenagel. le plus souvent.6c). la condensation benzoïnique (§ 10. une rétention ou. Dans de nombreux cas.2) . Pour les plus importantes.11 La stéréochimie des réactions dont les mécanismes s’effectuent via des carbanions sont complexes.6).13. et afin d’éviter des redites. Addition sur les doubles liaisons : réaction de Michael (§ 9. et en particulier. 6. il s’agit de : Additions sur les doubles liaisons carbonylées (§ 10. Dans le cas des carbanions mésomères.11) « sp2 » .245 6.4 – Réactions (généralités et réarrangements) Les carbanions sont des entités chimiques nucléophiles qui interviennent dans un très grand nombre de réactions. une inversion. carbonatations.2. une racémisation est possible. Na 2. 1928).1m) Couplages oxydatifs (§ 12.1. les produits réarrangés prédominent tandis qu’avec le lithium.94 Il est intéressant de remarquer que le choix du métal influe sur le taux de réarrangement. Un exemple est donné à partir d’un sel d’ammonium quaternaire (schéma 6. il existe quelques exemples de déplacement de groupes phényles.LiX CH3 H3C N H3C CH Ph CH3 diméthyl-(1-phényl-éthyl)-amine Schéma 6.94) obtenu à partir du chlorure correspondant par action du sodium (réarrangement de Grovenstein-Zimmerman. le taux de composés réarrangés augmente avec la température. le groupe phényle est déplacé sans entraîner le doublet d’électrons qui le lie au carbone d’origine. Ph Ph CH2 Cl C Ph Ph 2 Na Ph C . Celui-ci se réarrange par déplacement d’un groupe méthyle pour donner une amine tertiaire (réarrangement de Stevens.3-triphénylpropanoïque Schéma 6.NaOR Ph Ph Ph C 1.95).2. un carbanion est formé.95 .1e) Décarboxylations (§ 8. Il est très faible à une température peu élevée.2-triphénylchloroéthane Ph Ph C Ph CH2 réarrangement Na Ph ROH CH CH2 Ph . Par contre.2.246 Chimie organique Substitutions électrophiles (§ 8.2) et éliminations nucléophiles (§ 11) Réarrangement de Favorskii des D-halogéno cétones (§ 14.1. les réarrangements de carbanions sont rares surtout s’il s’agit de groupes alkyles. Avec le sodium et le potassium. C’est le cas du carbanion 1.2-triphényléthane CH2 Ph Ph CO2 Na CH2 Ph C carbanion stabilisé par résonance avec les groupes phényles Ph CO2 Na sel de sodium de l'acide 2.NaCl Ph CH2 . ou carbonaté par l’anhydride carbonique en sel d’acide 2. Un cas très particulier de réarrangement concerne des ylures. lequel est protoné par un alcool pour donner le 1.3-triphénylpropanoïque. Dans ces cas.14) A l’inverse des carbocations. Lorsqu’il est traité par le phényllithium.1. Ce réarrangement entraîne une stabilisation par résonance du carbanion résultant.1-triphényléthyle (schéma 6. 1957) qui se réarrange en carbanion 1. H3C H3C Li H3C N CH2 Ph PhLi H3 C ion benzyl-triméthyl-ammonium H3C X N CH Ph réarrangement .1.2-triphényléthyle.2.4.2.2-triphényléthane. 12). le chloroforme est soumis à l’action de la soude. et possède deux électrons non liants. le dichlorocarbène est formé. C H C H H méthylène dans l'état triplet angle dièdre: 136° H méthylène dans l'état singulet angle dièdre: 103° Figure 6. l’entité correspondante est un carbène.14. Il ne faut pas généraliser aux autres carbènes car selon leurs substituants et leur nature. Dans le premier cas. Le carbanion trichlorométhyle peut aussi provenir de la décarboxylation de l’anion trichloroacétate. ce qui correspond d’abord à une déprotonation avec formation d’un carbanion trichlorométhyle CCl3.4). inférieure d’une trentaine de kJ mol-1.(réaction rapide) puis. sous l’action d’une base. sa vitesse de transformation en état triplet étant plus lente que celle de ses réactions à cause de son extrême activité d’électrophile.12 Dans le cas du carbène « méthylène ».1-E1cB § 11. L’absence des deux électrons nécessaires pour satisfaire la règle de l’octet a pour conséquence un fort caractère électrophile de cette entité chimique. Toutefois.247 6. le carbène est l’équivalent d’un diradical et il est dit dans l’état triplet. Entités réactives 6. en raison de la plus faible énergie de cette dernière par rapport à l’état singulet. donc plus stable. Si les deux électrons non liants ne sont pas appariés. . un haloforme (chloroforme. ils réagissent dans l’un ou l’autre état. suite à une nouvelle élimination d’un ion chlorure (selon un mécanisme de type 1. ou de t-butylate alcalin (schéma 6. ainsi que leur mode de génération. y compris des halogènes. bromoforme ou iodoforme). le carbène est dit dans l’état singulet (figure 6. il réagit le plus souvent dans l’état singulet. 6. mais il se transforme très rapidement en état triplet.96). s’ils sont appariés. libère un carbanion qui élimine ensuite un ion halogénure.14 Les carbènes Lorsqu’un carbone est substitué par deux hydrogènes (carbène nommé méthylène).1 – Formations Il existe deux modes principaux de formation des carbènes. Au contraire. il est dans l’état singulet au moment de sa formation. qu’il est neutre. ou par deux groupes. Par exemple. 97 Dans le second cas. plus spécifique du méthylène et de ses dérivés substitués par des groupes alkyles. − CO2 C O Cl ion trichloroacétate Schéma 6. le diazométhane.Cl C Cl dichlorocarbène ∆. . selon le cas (schéma 6. Il en est de même du bromofluorocarbène qui est obtenu par la même réaction à partir du dibromofluorométhane (schéma 6.96 Le monochlorocarbène résulte de l’action d’un organolithien sur le chlorure de méthylène. un cétène. CH2Cl2 + RLi CHCl + LiCl + RH + LiCl + RH Cl H CH Cl R CHBr2F + RLi Li CHBrF Schéma 6. par chauffage.248 Chimie organique HO ou t-Bu-O Cl + Cl Cl H2O C ou + Cl C t-BuOH Cl H Cl carbanion trichlorométhyle chloroforme Cl Cl O C Cl . ou un diazoalcane est décomposé. et CO ou N2.98).97). en carbène. Les carbènes peuvent aussi se réarranger.99.2 – Réactivité et stabilité La réaction principale des carbènes est leur addition aux doubles liaisons qui conduit. il faut ajouter le réactif de Simmons-Smith (diiodométhane + zinc en poudre + cuivre) qui permet de former ICH2ZnI. dont le comportement est équivalent au carbène « méthylène ». Entités réactives H H C C O hν + C H C O H H C N N H ∆. Plusieurs mécanismes ont été proposés : l’un d’entre eux est donné dans le schéma 6. Une autre réaction importante est leur insertion dans une liaison C-H d’un alcane. avec les composés éthylèniques.99 6. soit attaqué une molécule de leur précurseur. Cu carbènoïde réactif de Simmons-Smith C C + ZnI C CH2I C ZnI C CH2 + ZnI2 C CH2I Schéma 6.. hν ou CuCl N C + C N N H azote R1 ∆ ou hν C + N N R2 N R1 H méthylène diazométhane R1 oxyde de carbone méthylène cétène dialkylcarbène Schéma 6. par . Ils ont soit réagi avant. s’avère une réaction inconnue car leur importante réactivité ne permet pas qu’ils se rencontrent. à des dérivés du cyclopropane (cyclopropanation). Leur dimérisation qui pourrait sembler possible en relation avec le couplage radicalaire.14. Ce réactif est appelé carbènoïde il réagit en particulier avec les composés éthylèniques (cyclopropanations). former des radicaux libres avec les alcanes. ICH2ZnI + Cu CH2I2 + Zn .249 6..98 À ces méthodes qui permettent l’accès à des carbènes.. 1.3-dihydro-1H-imidazole. C N N HC CH Figure 6. apportant une gêne stérique et l’empêchant de réagir facilement. des réactions secondaires sont possibles comme des réactions d’insertion (voir ci-après) ou la formation de molécule d’alcènes à partir de deux carbènes (plus particulièrement les alkylcarbènes).14. de point de fusion supérieur à 200 °C. C’est le cas pour le carbène dont la formule est donnée dans la figure 6.100 Le plus réactif des carbènes est le carbène « méthylène ». L’extrême réactivité du méthylène. Les dihalogénocarbènes sont relativement peu réactifs.100).14. et rendue difficile par des substi- . sans doute l’entité chimique la plus réactive connue. l’addition sur un alcène est facilitée si ce dernier est substitué par des groupes électrodonneurs. il n’existe pas une certitude totale que le carbène comme entité libre soit présent à un moment de la réaction.13 6. elle diminue si l’hydrogène est remplacé par un brome. à l’abri de l’air et de l’humidité. C + C N N C C + N2 x2 Schéma 6. par contre. On lui préfère le réactif de Simmons-Smith. la réactivité reste élevée. a pour conséquence un emploi difficile pour la préparation des cyclopropanes.2a – Additions sur les alcènes La plupart des carbènes y compris le méthylène s’additionnent aux doubles liaisons selon une cycloaddition 1 + 2 pour former des dérivés du cyclopropane. pour former un alcène qui semble être le résultat d’une dimérisation (schéma 6. dérivé de 2. et dont la stabilité est liée à la présence de groupes volumineux adamantyles qui l’entourent.250 Chimie organique exemple un diazoalcane. c’est pourquoi on utilise souvent le terme « transfert de carbène » dans les réactions utilisant un carbène ou un carbènoïde pour la synthèse de cyclopropanes à partir d’alcènes. décrit au paragraphe 6. Les moins réactifs sont les halocarbènes. Toutefois. Il faut savoir que dans beaucoup de réactions où un carbène est théoriquement produit à partir d’une méthode classique.13. En raison du caractère électrophile de la majorité des carbènes. Il existe des carbènes tellement stables qu’ils forment des cristaux et peuvent être conservés. Si un hydrogène du carbène méthylène est remplacé par un groupe ester. deux racémiques (réaction 2). l’addition d’un carbène ou carbénoïde substitué par deux groupes différents fournit avec un alcène dissymétrique.101. des conditions expérimentales et. et sur un alcène dissymétrique (schéma 6. Entités réactives tuants électroattracteurs. réaction 1). le nombre d’isomères devient très important. s’additionnent de manière stéréospécifique sur les alcènes. La première étape permet une rotation autour de la liaison qui unit les deux carbones qui formaient la double liaison. méthylène singulet R1 CH2 C 1) R3 C R2 R4 + attaque par dessous le plan R4 2) C R2 R1 R2 C R1 C R3 R4 + C C C H2 R5 R4 R4 C R1 R2 C C R2 R4 R1 C + attaque par dessous le plan C + R3 R4 R4 R3 R1 R2 + C R2 R1 C C C R4 R5 C C R3 R4 R3 1 racémique R5 C R1 R2 H2 C R3 R4 C R4 R3 C R4 R5 R5 2 racémiques Note: tous les groupes R sont considérés comme différents entre eux Schéma 6. selon un mécanisme qui ne nécessite qu’une seule étape (schéma 6.251 6. . Les carbènes sous forme singulet. Avec cette même condition. La prédominance d’un racémique sur l’autre dépend de la nature des groupes R4 et R5.102). de la méthode utilisée pour créer le carbène. L’addition d’un méthylène singulet ou de son équivalent « carbènoïde » sur un alcène symétrique fournit un seul composé « méso ». ou le carbènoïde. en particulier. un mélange racémique dans la mesure où les quatre groupes de l’alcène conservent leurs positions respectives de l’alcène dans les composés finaux. qui peuvent être considérés comme des diradicaux. Avec un carbène de type R-C-R’. forme prédominante lors de leur formation. ce qui explique le caractère non stéréospécifique de cette addition.101 Dans le cas des carbènes sous forme triplet.101 (réaction 1)). l’addition se fait a priori en deux étapes avec formation intermédiaire d’un radical puis couplage intramoléculaire (schéma 6. C’est la réaction de Reimer-Tiemann (schéma 6. la réaction s’oriente en para. Lorsque les positions ortho sont occupées par des groupes alkyles.103).104).103 Le phénate de sodium est attaqué en position ortho par le dichlorocarbène qui résulte de l’action de la soude sur le chloroforme. Le méthylène réagit avec le benzène pour donner le norcaradiène instable qui se réarrange en cycloheptatriène (schéma 6. H2C norcaradiène cycloheptatriène Schéma 6. pour former un carbanion qui se réarrange avant qu’une hydrolyse permette d’accèder à l’o-hydroxybenzaldéhyde ou salicylaldéhyde sous forme de phénate. Schéma 6. H2 C CH2 R2 C C R1 R3 R4 R2 R1 C C R3 R4 et son inverse optique par attaque du carbène au-dessous du plan sp2.252 Chimie organique H2 C méthylène triplet R1 C R2 CH2 R3 CH2 R1 C C R4 C R3 R2 R4 rotation autour de C-C R1 R2 C C R3 R4 et son inverse optique par attaque du carbène au-dessous du plan sp2.102 Ces résultats stéréochimiques ont été utilisés pour déterminer la forme singulet ou triplet de certains carbènes. . 1) milieu faiblement basique 2) milieu fortement basique pyrrole (sel) Cl Cl . soit la 3-chloro-pyridine (addition.HCl Cl H O HO salicylaldéhyde (sel) Schéma 6.H2 O N CHO pyrrole-2-carboxaldéhyde (sel) Schéma 6.253 6.105). Entités réactives Cl O Cl C Cl Cl O C H O Cl H Cl C H O phénate O H C O CH Cl Cl O CH . Il est vraisemblable que ces réactions soient liées aux formes singulet et triplet du carbène. 1876). soit le pyrrole-2-carboxaldéhyde (réaction de ReimerTiemann.104 Le pyrrole réagit avec le dichlorocarbène (schéma 6. en formant selon la basicité du milieu réactionnel.2 Cl . puis élimination avec agrandissement de cycle).Cl N Cl2C N Cl C N 3-chloro-pyridine H N CCl2 N CCl2 H 2 HO N CHCl2 .105 . hν) C CH2 H H2C CH3-CH2-CH3 CH3-CH2-CH2-CH3 et CH3-CH-CH3 CH3 Schéma 6.106. réaction 1) pour former des cyclopropènes.254 Chimie organique 6. L’addition de deux méthylènes peut conduire à des composés bicycliques. R3 R3 C 1) R1 R4 C R4 C C R2 C C si R1 et R2 = H R3 H 2C R2 dérivé du cyclopropène H2C composé allènique H2 C H2 C 2) C CH2 H2C H2C C R4 R1 H2C C H2C CH2 allène C CH2 C H2 méthylène-cyclopropane spiro[2.14. une ou deux molécules de carbène s’additionnent ce qui conduit à un méthylène-cyclopropane puis à un système bicyclique. C CH4 H 2C CH3-CH3 H H2C H2C (CH2N2. Les dihalocarbènes ne font pas d’insertion.106 6. Les alcanes avec nC > 3 fournissent de nombreux isomères et la sélectivité de la réaction est inexistante (schéma 6. L’acétylène réagit en formant des dérivés du cyclopropène qui se réarrangent en allènes.14.2c – Insertion d’un carbène dans une liaison C-H d’un alcane Le méthylène préparé par photolyse du diazométhane s’insère (plutôt sous forme singulet) dans une liaison C-H d’un alcane en allongeant une chaîne d’un carbone.107 .2]pentane.2]pentane Schéma 6. un mélange de n-butane et d’isobutane.2b – Additions sur les alcynes et les allènes Les alcynes mono ou disubstitués par des groupes alkyles additionnent les carbènes (schéma 6. Le propane fournit par cette réaction. Le méthane et l’éthane deviennent respectivement l’éthane et le propane (c’est une réaction d’homologation). Avec les allènes (réaction 2). un spiro[2.107). Dans ce cas. Entités réactives 6.255 6. la plus réactive (schéma 6. réaction qui est plutôt liée à la forme « singulet ».2e – Formations de radicaux à partir de carbènes Les radicaux peuvent capter un atome d’hydrogène d’un alcane pour former un nouveau radical plus stable que celui de départ (§ 6. le déplacement d’un hydrogène ou d’un groupe alkyle conduit à la formation d’une double liaison (schéma 6. Dans la plupart des cas. H H H C H3C C CH3 H H H C Cl C H H3C C C CH3 H H triplet H + H3C Cl CH3 H H C H + H3C C CH3 H singulet Schéma 6.14.5.15 Les nitrènes Les nitrènes sont des entités dans lesquelles l’azote lié à un seul hydrogène ou groupe.2d – Réarrangements Des réarrangements qui permettent de passer d’un carbène à un autre sont connus mais très rares.109 La forme singulet permet pourtant cette réaction sur les halogénoalcanes. il se forme un radical méthyle et un radical alkyle. lorsqu’il est sous forme triplet. cette réaction est encore possible. possède un doublet d’électrons libre. H H R CH2 CH2 CH R CH2 CH2 CH CH R CH R C H C C H O O Schéma 6. 6.109). et un second doublet s’il est sous forme . c’est l’halogène et non l’hydrogène qui est déplacé.12. C’est donc une réaction compétitive avec l’insertion dans les liaisons C-H.108). Si un méthylène « triplet » attaque un alcane.108 6.14. Dans la mesure où un carbène peut être considéré comme un diradical.c). . R N N N R N N R = alkyl ou acyl Schéma 6.112 N hν R ou ∆ N + N2 . la déprotonation est suivie du départ d’un ion Y– et de la libération du nitrène (schéma 6.110 Les vinylnitrènes sont formés par action de bases sur des dérivés de type imine dans lesquels l’azote est lié à un groupe partant (schéma 6. groupe tosyle…).14 6.110).1 – Formations Les nitrènes sont obtenus par une 1.112). Y N H C B N .14).256 Chimie organique singulet. à la fois dans leurs préparations et leurs réactions (figure 6.111). En présence d’une base. R N R nitrène singulet N nitrène triplet Figure 6. ou deux électrons célibataires s’il est sous forme triplet.1-élimination effectuée sur un composé R-NH-Y où Y est un groupe partant ou sortant (atome de chlore.15.BH C C C -Y Y = halogène. Les nitrènes sont des entités chimiques azotées équivalentes aux carbènes. Schéma 6. OTs.111 La décomposition par photolyse ou thermolyse des alkylazides et plus souvent des acylazides est une autre méthode de formation (schéma 6. H N base -H Y -Y N N Y Schéma 6. sous l’effet de réducteurs puissants comme les phosphites d’alkyles.115).1-diacylaminonitrènes (schéma 6. équivalents des cyclopropanes obtenus par la même réaction avec les carbènes. Ar N O Ar N + P(OR)3 Ar N + O Ar N + 2O P(OR)3 O + 2 P(OR)3 O P(OR)3 Schéma 6. l’alcène et l’azide sont soumis à une photolyse.2 – Réactions On compte parmi les réactions des nitrènes.1-diacylhydrazines sont oxydées par le tétracétate de plomb dans le chlorure de méthylène en 1. Entités réactives Les composés arylnitrosés et nitrés. des insertions dans les liaisons C-H.115 6. . Dans la plupart des cas. le nitrène triplet conduit à de nombreux isomères. des additions sur les doubles et triples liaisons.15. les arylisocyanates sont décomposés en arylnitrènes et oxyde de carbone par photolyse (schéma 6. 6. et avec des résultats stéréochimiques de même nature. des dimérisations et des déplacements d’atomes d’hydrogène de liaison C-H d’alcanes.114 Les 1.114). fournissent des arylnitrènes (schéma 6.257 6.2a – Additions Comme les carbènes. et des réarrangements. Ar N C hν O Ar N + C O Schéma 6.113). Seule. O O R-C R-C N IV NH2 + Pb (OAc)4 R-C CH2Cl2 N N + PbII(OAc)2 + 2 CH3COOH R-C O O Schéma 6. Le nitrène aussitôt formé par décomposition de l’azide s’additionne sur l’alcène. l’addition cis d’un nitrène singulet est figurée dans le schéma 6.116 (réaction 1).113 Enfin. les nitrènes s’additionnent aux alcènes en formant des aziridines.15. l’addition du nitrène est favorisée. et acrylonitrile pour former des dérivés de N-aminoaziridines (schéma 6.117). R O O O R C N NH2 Pb(OAc)4 R C H2C R C C H N N R C O R N H2C O O N CN C CN H 2-cyano-N-diacylamino-aziridine N N N + R C N N C R' C C C 2-azirine Schéma 6.1-disubstituées s’additionnent sur les alcènes activés et plus particulièrement les acrylates.116 Un autre mécanisme peut aussi être envisagé via la formation intermédiaire d’une triazoline (par une cycloaddition 1.3 de l’azide sans passage par un nitrène) qui se décompose en aziridine par élimination d’une molécule d’azote (réaction 2).258 Chimie organique R N R N R1 R3 C C R2 1) C R2 R4 R1 R4 R1 R4 R2 et C C C R3 R3 N N R R dérivés d'aziridine (racémique) R N N N R N 2) C C R N N N C C hν . Dans le cas des acylnitrènes.N2 C C Schéma 6. Les N-aminonitrènes formés in situ à partir des hydrazines 1. Ces aminonitrènes s’additionnent aussi sur les triples liaisons avec production de 1-amino-2-azirines instables qui se réarrangent en 3-amino-1-azirines.117 C N 1-azirine . amides Z = OR'.15.259 6.2b – Insertion dans une liaison C-H Les acylnitrènes R-CO-N avec (R = alkyl.118 Peu d’exemples d’insertions d’alkylnitrènes existent car si elles ont lieu.2c – Dimérisation Cette réaction qui est très spécifique des arylnitrènes conduit à des composés azoïques (schéma 6. Entités réactives 6. le carbazole est préparé à partir du 2azidobiphényle par photolyse (schéma 6.15. 2 Ar N Ar N N Ar Schéma 6. aryl ou OR’) sous forme singulet s’insèrent très facilement dans les liaisons C-H des alcanes avec une préférence pour les carbones tertiaires. L’insertion dans la liaison C-H d’un carbone chiral s’effectue avec rétention de configuration (schéma 6.119 6.120 Le diimide. Le mécanisme est identique à celui des carbènes.119). Par exemple.118). elle sont suivies de réarrangements. carbamates Schéma 6.N2 N3 insertion NH N H 2-azidobiphényle carbazole Schéma 6.120). Cette réaction a été utilisée assez souvent en chimie hétérocyclique pour synthétiser des composés polycycliques azotés. HN=NH composé instable qui se décompose en azote et hydrogène (utilisé comme réducteur des alcènes) est le résultat d’une oxydation de l’hydrazine H2N-NH2. hν . . O C N Z R1 H R2 R3 R1 O C N Z H R2 R3 Z = alkyl ou aryl. Il peut aussi être formé par dimérisation du nitrène NH. 2e – Réarrangements Lorsqu’un nitrène possède en position α de l’azote un groupe méthyne. Ce réarrangement peut même cacher l’existence d’un nitrène dans une réaction (schéma 6. réaction 1).121). équivalents à des diradicaux. méthylène ou méthyle. Il est vraisemblable que certains agrandissements de cycle se font via des nitrènes qui se réarrangent (réaction 2). H C C N NH imine nitrène Schéma 6.122 La pyrolyse des azides tertiaires conduit le plus souvent à des imines N-substituées si les groupes substituants de Cα sont des groupes alkyles (schéma 6. Cette réaction s’effectue via un nitrène et un réarrangement.260 Chimie organique 6.122).123.15.15. Le radical alkyle ainsi formé doit être stable (tertiaire ou secondaire) (schéma 6. R1 R1 1) R2 C N N N .N2 R2 R2 C N R3 R3 alkylazide R1 C N R2 N-alkyl imine réarrangement du nitrène . souvent plus rapide que les réactions d’additions ou d’insertion.121 6.2d – Échange d’atome d’hydrogène avec un alcane Comme les carbènes sous forme triplet. R1 R1 R N + H C R2 R C H + N R2 R3 radical stable R3 Schéma 6. les nitrènes sont susceptibles d’extraire un radical H• d’un alcane pour former deux radicaux. la migration d’un ion hydrure vers l’azote puis création d’une double liaison d’une fonction imine est très rapide. 123 Le réarrangement des acylnitrènes est l’un des mécanismes retenus pour expliquer des réactions très importantes en synthèse comme les réarrangements d’Hofmann.125) réaction 1). Son réarrangement fournit un isocyanate. peut aussi être proposé (réaction 2). ou d’hydrazides. de Lossen.124 C’est la conversion d’un amide primaire (résultat de l’action de l’ammoniac sur un ester) en amine primaire (schéma 6. . de Curtius. Toutefois. par exemple).CO2 RNH2 amine primaire Schéma 6.N2 N et Schéma 6. Entités réactives CH3 N3 2) H3C CH3 N . Un second mécanisme. de dérivés O-acylés d’acides hydroxamiques. un acylnitrène peut alors être formé ((schéma 6. Sous l’action d’un hypobromite alcalin (Br2 + solution de NaOH. -Réarrangement d’Hofmann (1881) R-CO-NH2 amide primaire BrONa Br2 + NaOH R-N=C=O hypobromite de sodium isocyanate H2O RNHCOOH acide carbamique . L’isocyanate additionne ensuite une molécule d’eau pour former un acide carbamique instable qui se décarboxyle en fournissant l’amine.261 6. dérivés d’acides en Cn. des mécanismes concertés ont aussi été proposés qui ne font pas apparaître de nitrènes : de nombreux auteurs les considèrent plus vraisemblables. il se forme d’abord un N-bromoamide qui perd un proton sous l’action de la base. concerté.124). qui permettent l’accès respectivement à partir d’amides. Par élimination d’un ion bromure. à des amines en Cn-1 ou leurs dérivés. l’isocyanate. RNHCOOH.Br C N R O C O N Br réarrangement de l'acylnitrène 2) Selon un mécanisme concerté O O C C N N N Br R R R C O .262 Chimie organique Formation du N-bromoamidate R R Br2 + NaOH C C O (BrONa) HN H2N R HO O C O N Br Br N-bromoamidate Formation de l'isocyanate 1) via un nitrène R C O N R . En présence d’un alcool. . est immédiatement transformé en carbamate stable (contrairement à l’acide carbamique. sitôt formé. RNH2) (schéma 6.126). qui. se décarboxyle pour se transformer en amine. instable.Br isocyanate Hydrolyse de l'isocyanate H H H O R N C H H O O R N C H O R N O C O .125 Une variante de cette réaction consiste à traiter l’amide par le tétracétate de plomb dans un solvant aprotique anhydre ce qui produit l’isocyanate (hypothèse privilégiée : passage par un acylnitrène selon le mécanisme (1) du schéma 6.125).CO2 R-NH2 acide carbamique instable Schéma 6. . Entités réactives R-CO-NH2 + Pb(OAc)4 R-CO-N + Pb(OAc)2 + 2 AcOH amide primaire N R C O ROH R-NH-COOR carbamate isocyanate Schéma 6.126 .263 6. Les acides hydroxamiques sont facilement préparés par action d’un chlorure d’acide ou d’un ester sur l’hydroxylamine. ∆ . La première consiste en un réarrangement qui s’accompagne de l’élimination d’ion carboxylate (réaction 1). Son réarrangement fournit l’isocyanate (réaction 2). Leur acylation peut être effectuée par réaction avec un chlorure d’acide.127).Réarrangement de Lossen (1872) R-CO-Y + NH2OH R-CO-NH-O-H Y = OR" hydroxylamine ou un halogène R'-CO-Cl + HO-NH-CO-R chlorure d'acide R'-CO-O-NH-CO-R acide hydroxamique B.128).HCl acide hydroxamique R'-CO-O-NH-CO-R dérivé O-acylé d'acide hydroxamique R'COO + RN=C=O isocyanate H2O RNHCOOH .CO2 acide carbamique RNH2 amine primaire Schéma 6. en présence d’une base. Comme dans le réarrangement d’Hofmann.BH . Le mécanisme du réarrangement de Lossen a des points communs avec celui du réarrangement d’Hofmann. Il existe deux possibilités d’accès à l’isocyanate (schéma 6.127 Les isocyanates peuvent être produits à partir de dérivés O-acylés d’acides hydroxamiques par simple chauffage (schéma 6. la seconde débute par l’élimination de cet ion ce qui conduit à un acylnitrène. et parfois. l’isocyanate additionne une molécule d’eau pour former un acide carbamique instable qui se décarboxyle pour produire une amine primaire. R'-CO-O C C base 1) O O R 2) O . Un nitrène intermédiaire a été proposé (schéma 6.128 La formation d’amine peut être le résultat de l’action d’un acide minéral sur un acide hydroxamique.H2O R N -H R N C C C O O O N C O Schéma 6. H N O-H H R R C O R H H H N O-H . H2O ester hydrate d'hydrazine RCONHNH2 + NO2H RCOCl + NaN3 RCONHNH2 + R'OH acylhydrazine ou hydrazide RCON3 acylazide + 2 H 2O RCON3 + NaCl + H 2O Transformation de l'acylazide en isocyanate et azote RCON3 R N=C=O + N2 isocyanate Réaction de l'isocyanate avec l'eau et décarboxylation de l'acide carbamique en amine primaire RNH2 + CO2 RNHCOOH RN=C=O + H O 2 acide carbamique Schéma 6.129).130 amine primaire .Réarrangement de Curtius (1890) Formation d'un acylazide RCO2R' + NH2NH2.R'-CO-O N O CO R' RNH2 C OU acide hydroxamique O-acylé H2O N R N C C O O nitrène Schéma 6.264 R Chimie organique R H R N O CO R' ∆ N O CO R' .129 . Un acylazide. en un trioxyde d’azote. L’acylazide résonne entre trois formules limites.130). car il se transforme. Deux mécanismes peuvent être envisagés. soit à partir d’un azidure alcalin par action d’un chlorure d’acide. Entités réactives Ce réarrangement s’effectue à partir d’un acylazide (schéma 6. 2 HONO ONO-NO + H2O acide nitreux R R R O C HN C ONO-NO . dans un solvant aprotique inactif.131.H2O H N N O H O H R C O O R C O O C N N N N N N N N N N N -H acylazide Schéma 6. aussitôt libéré de son sel alcalin par addition d’un acide. chauffé en milieu anhydre. est réarrangé en isocyanate. mécanisme 1).265 6. soit par l’action de l’acide nitreux sur une acylhydrazine (ou hydrazide) dont le mécanisme est donné dans le schéma 6. ou un mécanisme concerté (mécanisme 2 : ce dernier est considéré comme le plus probable). comme dans le réarrangement de Lossen : le passage par un acylnitrène (schéma 6. peut être obtenu. On peut remarquer que ce n’est pas l’acide nitreux lui-même qui réagit sur l’acylhydrazine dans la préparation de l’acylazide par cette voie.131 L’acylazide.NO2 H2N acylhydrazine ou hydrazide O -H O C HN HN N N N N N O O O HN H R C N H H H R C O R HN R C N .132. . N2 N C O R-NH-COOR' N un carbamate C (mécanisme concerté) O Schéma 6. (schéma 6.266 Chimie organique 1) R N N R . Elle s’effectue directement à partir des acides libres (ou d’aldéhydes ou de cétones) par action d’acide azothydrique en présence d’acide sulfurique via un acylazide protoné (comme dans le réarrangement de Curtius) mais elle ne semble pas faire intervenir d’acylnitrène.CO2 RNH3 . la réaction a lieu en présence d’acide de Lewis. Si la réaction est faite dans un alcool.133). laquelle peut réagir sur l’isocyanate encore présent dans le milieu pour fournir un dérivé de l’urée.133 . L’acide carbamique est instable.N'. surtout s’il est aliphatique. c’est un carbamate qui est produit. En effet.H 2O R N H H N N R N N C C O O R N H 2O N H N + N2 O isocyanate protoné H C O R C R N C O N H H N azide protoné O R N C OH Schéma 6. Une autre réaction qui se fait via un acylazide et donnée ici à titre indicatif est la réaction de Schmidt.132 Lorsque la réaction est effectuée dans l’eau. Dans quelques cas. 1924. il se décarboxyle pour libérer une amine primaire. certains isocyanates aromatiques réagissent plus lentement avec l’eau qu’avec une amine primaire.N2 N R C C O O ou N N C R-NH2 H2 O amine primaire R'NH2 R-NH-CO-NH-R' O acylnitrène R'OH isocyanate dérivé N. HN3 NaN3 + H + Na acide azothydrique (composé gazeux très toxique) R C H OH + HN3 O H . l’isocyanate est assez rapidement transformé en acide carbamique correspondant par addition d’une molécule d’eau.disubstitué de l'urée 2) R N N R . Par contre. et « c ». avec un exemple.134) : R1 R2 R1 H C C R2 HN3 OH O N N N N N R1 C cétone H R1 H 2O C C O C H R C N -H C R R aldéhyde O R2 amide tautomérie C O C O R2 H N HN H R2 R2 R1 N -H H R2 R2 R1 N N C C R1 R1 .135 N N C . des dipoles-1.3 Certains composés neutres.H2 O R1 nitrile Schéma 6.3. appelées cycloadditions [2 + 3].N2 N R2 OH N H . réaction de la forme générale indiquée dans le schéma 6.3-dipolaires ou dipoles-1. un sextet d’électrons sur sa couche externe. comportent dans leur structure un groupement de trois atomes « a-b-c » dans lequel l’atome « a » a un octet dont au moins une paire d’électrons libres. c’est le groupe aryle qui migre.135. c’est alors lui qui migre. Cette configuration électronique permet des réactions dites de cycloadditions de ces dipoles.267 6. Le mécanisme est alors le suivant (schéma 6. b a N c N C Schéma 6. sur des doubles liaisons présentes dans les composés dipolarophiles. Entités réactives Les réactions avec les cétones et aldéhydes conduisent respectivement à des amides et des nitriles.134 Dans le cas d’alkylarylcétones qui ont un groupe alkyle peu volumineux. 6. si le groupe alkyle est volumineux.16 Les composés 1. 8. d’azote. comme les oxydes de phosphines. P C P C S C ylure de phosphore S C ylure de soufre N C ylure d'azote réaction de Wittig Ph R1 C O R2 + Ph Ph R3 P R3 R1 C C R4 Schéma 6. sauf pour les ylures d’azote.136 R2 C R4 Ph + Ph Ph P O . La double liaison présente dans une forme limite de ces ylures.2 dont l’atome chargé négativement est le carbone. de soufre. (R)(R’)S=O. l’acide sulfureux. RS=O(OH)2. C’est donc le carbone qui fournit les électrons de liaison π dans les ylures.136) sont des composés non chargés mais dont la structure permet de les représenter comme des dipoles-1. « cycloadditions [2 + 3] ».268 Chimie organique Cette réaction permet la synthèse de nombreux hétérocycles à 5 chaînons. R3P=O. et l’atome chargé positivement un hétéroatome. R-SO2-R’. 6. Ce type de liaison « π » est appelé liaison pπ-dπ. est constituée d’une liaison σ et d’une liaison π. ou les sulfones. C’est ce dernier qui est indiqué pour désigner le type d’ylure. Le carbone garde une structure tétraèdrique (trois liaisons + un doublet) dans ce type de liaison.17 Les ylures Les ylures (schéma 6.3 et leurs réactions de cycloadditions sont présentés au paragraphe 9. Ces dipôles-1. et dans certains autres composés. ylure de phosphore. Cette dernière présente une particularité par rapport à celles plus classiques des oléfines : en effet. les sulfoxydes. Il en existe aussi d’arsenic et de sélénium. elle correspond au recouvrement d’une orbitale « p » du carbone (ou de l’oxygène pour >S=O) et d’une orbitale « d » vide de l’hétéroélément. Cette écriture résulte en fait de la résonance de ces composés avec la forme limite présentant une double liaison entre le carbone et l’hétéroélément. contrairement au carbone éthylènique qui fait passer le carbone d’un tétraèdre à un système trigonal. pour les plus connus. en formant un alcène symétrique. toutes les réactions avec ces composés sont effectuées sous atmosphère inerte. dans la réaction de Wittig (§ 10. comme dans les exemples du schéma 6.137 Les ylures de phosphore ou d’azote résultent de l’action d’une base forte comme le phényllithium ou le butyllithium sur des sels quaternaires.137) en faible quantité.138 . ou une cétone si l’oxygène est en excès. un composé éthylènique. en particulier. dérivés de méthylènephosphorane.7) qui permet de former avec une cétone. Ph3P=CH2). (le plus souvent le triphénylméthylènephosphorane.269 6. Ph PhLi Ph P P CH3. Entités réactives Les ylures de phosphore. Dans la mesure où ils réagissent avec l’oxygène (schéma 6. Cl Me PhLi PhH + diéthyl éther ou THF Me N CH2Li . Ils interviennent.138.LiCl Me Me Me H N C H ylure d'azote Schéma 6. Cl Me chlorure de tétraméthylammonium . sous azote. Br diéthyl éther Ph Ph ou THF Ph Ph Ph P + CH3Br Ph triphénylphosphine sel de phosphonium N + CH3Cl Me triméthylamine Me N + PhH + LiBr H méthylènetriphénylphosphorane Me Me Me Me H C Ph Me . par exemple. Ph Ph R P C Ph O2 Ph Ph Ph P C O O R Ph R R R Ph P O C + O R Ph Ph R Ph C P Ph R R Ph Ph R P C C + O R R Ph Schém 6. sont les plus stables. par exemple. . La stabilité de ces ylures joue un rôle important dans la stéréosélectivité de la réaction de Wittig : Les ylures non stabilisés conduisent à des composés éthylèniques cis. un groupe alkyle) ou semi-stabilisés (avec un substituant sur le carbone chargé qui apporte une faible stabilisation.270 Chimie organique La plupart des ylures sont formés in situ. En revanche. c’est le cas des ylures de phosphore non stabilisés (ayant sur le carbone chargé négativement un substituant qui ne stabilise pas la charge. si le carbone chargé est substitué par des groupes qui stabilisent sa charge comme un groupe ester. Il peut être stocké. les semi-stabilisés sont peu sélectifs et les ylures stabilisés forment préférentiellement des éthylèniques trans. comme un groupe phényle). Ph3P=CHCO2R en est un exemple. l’ylure est dit stabilisé : dans le cas des ylures de triphénylphosphonium. Les réactions d’oxydation Chapitre 13 .Les réactions d’addition sur les alcènes et alcynes Chapitre 10 .SECONDE PARTIE : LES GRANDS MÉCANISMES RÉACTIONNELS Chapitre 7 .Les réarrangements . imine et nitrile Chapitre 11 .Généralités Chapitre 8 .Les réactions de réduction Chapitre 14 .Les réactions de substitution Chapitre 9 .Les réactions d’élimination Chapitre 12 .Les réactions d’addition sur les groupes carbonyle. . ............................2 Contrôle cinétique ou thermodynamique d’une réaction ...............2 – Catalyse acide ou basique spécifique ................................... 277 7..........................Chapitre 7 Généralités Sommaire : 7......................................1 – Généralités . 274 7.....................................................................3......................................4 La théorie de Lewis des acides et des bases ......... 279 7.......... 285 .....3 – Catalyse acide ou basique générale ........ 276 7........1 Aspects thermodynamiques d’une réaction ....3.....................3............................ 277 7.................................3 Catalyse et catalyseurs ..............................................3.............3........5 – Les ultrasons ....... 285 7..........................................4 – Catalyse par transfert de phase ................................................... 280 7.. 281 7.. c. nucléophiles. électrophiles ou radicalaires. les liaisons formées dans les produits finaux de la réaction. et dont l’ensemble correspond à 'H.4). et enfin les énergies résultant de la solvatation des molécules. variation d’enthalpie. Par contre. électrophiles ou radicalaires. plus ∆S est élevé. elle est a priori spontanée. Par exemple. on peut dénombrer de nombreuses variations dans le système chimique. Certains d’entre eux. Ces réarrangements peuvent être nucléophiles (déplacements entraînant un doublet d’électrons).274 Chimie organique Les types de réactions les plus classiques sont : a. Il se réfère à l’ordre ou au désordre moléculaire dans le système chimique. aux effets de solvatation dus aux interactions des réactants avec le solvant utilisé.les additions sur les doubles et triples liaisons carbone-carbone (chapitre 9) ou carbone-hétéroatome (chapitre 10) qui peuvent être.les oxydations (chapitre 12) e.les E-éliminations (chapitre 11) d. b. particulièrement ceux faisant intervenir des carbocations. Dans la plupart des réactions. radicalaires (migrations avec un seul électron) ou plus rarement électrophiles (migrations sans déplacement d’électrons). d’une part. c’est la condition nécessaire mais pas obligatoirement suffisante pour que la réaction s’effectue sans apport d’énergie. elles aussi. si cette valeur est positive. Durant une réaction. Plus le système est désordonné. les liaisons brisées dans le ou les produits de départs (réactifs). et à la mésomérie si elle existe. 7. Il faut y ajouter les variations dans les énergies de résonance s’il y a lieu.11.1 Aspects thermodynamiques d’une réaction Entre le moment où les réactifs entrent en réaction et celui où les produits finaux sont formés. D’autres variations sont regroupées sous le terme. et d’autre part. ont été présentés lors de l’étude des entités chimiques réactives (§ 6. celles liées aux différences de tension dans les cycles. c’est le cas des réactions pour lesquelles le nombre de molécules de réactifs est égal au nombre de molécules de produits finaux. Il faut y ajouter les additions péricycliques. et c’est donc la variation d’enthalpie qui permet de savoir si une réaction est spontanée ou non.les substitutions (chapitre 8) qui peuvent être nucléophiles. variation d’entropie. Les variations d’enthalpie et d’entropie définissent la variation d’énergie libre 'G entre réactifs mis en réaction et produits finaux selon l’équation : 'G = 'H – T'S Si ∆G est négatif. ∆S est très faible par rapport à ∆H. 'S. La variation d’enthalpie peut être calculée par différences de la somme des énergies obtenues en totalisant. .les réductions (chapitre 13) f.les réarrangements (chapitre 14) avec migration d’un atome ou d’un groupe d’un site d’une molécule à un autre site. l’enthalpie diminue tandis que l’entropie augmente. un apport d’énergie est nécessaire (appelée énergie libre d’activation). Il y a d’abord celles qui sont liées aux énergies de liaisons. – les réactions faisant intervenir des gaz ou des liquides ont des entropies importantes par rapport à celles effectuées avec des solides. La cyclisation diminue la « liberté conformationnelle » que possèdait une molécule acyclique. La valeur du ∆G de la réaction est négative. Dans la mesure où la réaction inverse est possible (réaction réversible). Ce dernier a une structure géométrique ainsi qu’une répartition des charges fixées. . mais il n’a pas d’existence réelle. c’est l’énergie libre d’activation de formation 'G‡f. mais il est nécessaire qu’un apport d’énergie permette qu’elle se déclenche. Généralités La variation d’entropie ∆S a un rôle important dans les cas suivants : – un seul réactif fournit plusieurs produits finaux (les possibilités de positionnement dans l’espace de plusieurs molécules sont plus importants qu’avec un seul type moléculaire). un composé gazeux a une entropie supérieure à celle qu’il a en solution dans un solvant.275 7. – les réactions à hautes températures. ∆G‡r représente l’énergie libre d’activation de cette réaction.1 La figure 7. Ce point correspond à l’état de transition de la réaction et définit le passage via un complexe activé.1 décrit la courbe d’énergie libre d’une réaction A + B o C + D en fonction du temps. état de transition énergie libre ∆G‡ f ∆G‡ r A+B ∆G C+D progression de la réaction (réaction sans intermédiaire) ∆G‡ f = énergie libre d'activation pour la réaction A + B C+D ∆G‡ r = énergie libre d'activation pour la réaction C + D A+B Figure 7. la réaction s’effectue sans intermédiaire et les produits finaux C + D ont une énergie libre plus faible que celle des réactifs A + B. La progression de la réaction à partir des réactifs atteint le point culminant de la courbe avant de fournir les produits de la réaction. – les réactions de cyclisations de composés acycliques. Le terme T∆S qui intervient dans ∆G augmente considérablement tandis que ∆H est totalement indépendant de la température T. Dans le cas présenté. Relativement. Elle équivaut à la somme de ∆G + ∆G‡f . contrairement au composé résultant de l’addition-1. .3). Le composé qui correspond à l’addition-1. une réaction avec un intermédiaire correspondra aux courbes 1 ou 2 de la figure 7. ou radical). la réaction est équilibrée et il se forme un carbocation intermédiaire mésomère qui peut additionner l’ion chlorure de deux façons (figure 7.2.2 Par exemple. mais à température peu élevée. 7.2 est le plus faible (contrôle cinétique). ce qui correspond à une addition-1.4 > ∆G‡1. il y a plusieurs états de transition. À haute température. La partie de la courbe la plus basse entre deux états de transitions correspond à la présence pendant une durée très courte de l’intermédiaire (carbocation.2 Contrôle cinétique ou thermodynamique d’une réaction Lorsque le chlorure d’hydrogène est ajouté au butadiène (figure 7. il se forme très lentement (∆G‡1.276 Chimie organique Dans le cas de réactions avec intermédiaires (entités réactives).4 est le plus stable thermodynamiquement avec le ∆G0 le plus faible.4 est très rapidement atteint et c’est le composé le plus stable qui prédomine (contrôle thermodynamique).3).2 qui est le moins stable et qui se forme très rapidement car ∆G‡1. l’équilibre conduisant à l’addition-1.2 de HCl. carbanion.4 ou 1. états de transition états de transition ∆G‡ ∆G ∆G‡ 2 ‡ 2 ∆G‡ ∆G 1 ∆G‡ 1 A +B ∆G A +B C+D 1 ‡ C+D ∆G intermédiaire 2 ∆G‡ 1 = énergie libre d'activation de formation de l'intermédiaire ∆G‡ 2 = énergie libre d'activation de formation des produits finaux à partir de l'intermédiaire ∆G‡ = énergie libre d'activation totale de la réaction intermédiaire Figure 7.2). sans transformation. le pourcentage des deux composés issus de la réaction est fonction de la stabilité thermodynamique de chaque composé.4 composé le moins stable Cl ∆G ‡ composé le plus stable 1.3 Catalyse et catalyseurs 7. Le composé prépondérant étant le plus stable des deux susceptibles de se former.4 Figure 7. en fin de réaction.2 < ∆G‡ 1.2 Cl +H (contrôle cinétique) Cl addition 1.1 – Généralités Lorsqu’une réaction a seulement sa vitesse augmentée par addition d’un composé en quantité très inférieure à sa stœchiométrie. Le rendement de la réaction est inchangé avec ou sans catalyseur.4 (contrôle thermodynamique intermédiaire énergie libre d'activation ∆G‡ 1.4 addition 1.4 vitesse de formation du composé d'addition 1. et il a effectué une catalyse de cette réaction.2 > vitesse de formation du composé d'addition 1. le composé ainsi ajouté est un catalyseur.3. .3 Lorsqu’il y a contrôle cinétique d’une réaction équilibrée et susceptible de produire deux composés de stabilités différentes. lorsqu’il y a contrôle thermodynamique de la réaction. 7. le pourcentage de ces deux composés dans le mélange final ne dépend pas de la stabilité thermodynamique de chacun de ces composés mais de la rapidité à laquelle ils se forment dans les conditions expérimentales de la réaction. Généralités Cl Cl addition 1. sa formation est alors à la fois sous contrôles thermodynamique et cinétique. le composé le plus stable peut aussi être celui qui se forme le plus vite . et qu’il est encore présent.2 Cl addition 1. Inversement.2 ∆G‡ 1.277 7. Dans certains cas. dans la plupart des cas. le nickel de Raney. le catalyseur de Wilkinson. Un catalyseur d’hydrogénation peut aussi catalyser la déshydrogénation. et les réactants. on l’inhibe partiellement en lui ajoutant un inhibiteur choisi spécifiquement comme dans le palladium de Lindlar (Pd déposé sur CaCO3 + inhibiteur PbO). Dans certains cas. voire impossible. si le catalyseur est trop actif et peut conduire à un mauvais contrôle de la réaction. effectuée bien souvent par simple filtration et lavage (attention : certains catalyseurs comme le nickel de Raney s’enflamment à sec au contact de l’air et doivent être conservés sous un liquide. La catalyse est homogène lorsque les réactants et le catalyseur sont tous présents dans une seule phase. le ruthénium. En raison du coût souvent élevé de ces catalyseurs. Dans ce cas. en particulier. elle permet que la réaction évolue selon une nouvelle voie dans laquelle 'G‡ est plus faible que dans la réaction sans catalyseur et via un ou des intermédiaire(s) spécifique(s) et plus stable(s). comme dans la majorité des cas (par exemple. les bases comme la pyridine ou la triéthylamine. de récupérer le catalyseur (souvent peu coûteux comme les alcoolates alcalins. en général. La catalyse n’agit pas sur 'G. le catalyseur est déposé sur une substance chimiquement inerte pour accroître la surface catalytique (palladium sur carbone ou sur carbonate de baryum). Plus la surface est augmentée (on utilise pour cela des poudres très fines). le soufre et ses dérivés. C’est le cas pour le nickel de Raney qui est totalement inhibé par la présence de soufre dans le milieu réactionnel car il se fixe sur les sites actifs du catalyseur empêchant ainsi l’accès au composé à réduire. Une propriété intéressante de la catalyse hétérogène est la facilité de la récupération du catalyseur en fin de réaction. l’éthylate de sodium en solution dans l’éthanol absolu dans les alkylations de composés carbonylés via des carbanions). Dans certains cas. l’équilibre n’est pas perturbé par la présence du catalyseur et les pourcentages des différents composés présents lorsque la réaction a atteint l’équilibre sont indépendants de la catalyse. le platine ou son oxyde. Les catalyseurs sont très souvent spécifiques d’une réaction. des nitriles. pour l’hydrogénation des alcènes. La catalyse est hétérogène lorsque le catalyseur est. PbO. par exemple. Le pentacyanocobalt (II) agit aussi en phase homogène. Dans le cas d’une catalyse homogène. les acides minéraux ou organiques) qui est perdu lors des manipulations nécessaires à l’isolement des produits finaux. catalyseur utilisé. ou des dérivés du plomb comme l’oxyde de plomb. le rhodium…). . pour réduire les triples liaisons sans affecter les doubles liaisons présentes dans une même molécule. Cela dépend des conditions expérimentales et de la loi d’action de masse (voir le cours de chimie générale). le chlorotris (triphénylphosphine)rhodium RhCl(Ph3P)3 catalyse en phase homogène l’hydrogénation des doubles liaisons éthylèniques d’une molécule sans réduire les doubles ou triples liaisons des groupes carbonylés. L’activité catalytique est réversible.278 Chimie organique Si la réaction est réversible. il est très rare. l’eau le plus souvent ou un alcool). ou des groupes nitro présents. Ce sont. des gaz ou des liquides. un solide minéral insoluble dans les solvants organiques (par exemple. Il existe des poisons des catalyseurs (inhibiteurs). par contre. et ne réduit que les doubles ou triples liaisons conjuguées et non les autres. plus l’effet catalytique est important et plus la vitesse de la réaction est augmentée. en solution dans un solvant. cette opération est économique. Par exemple. l’activité catalytique a lieu sur la surface du catalyseur. les ions H3O+ sont capables de catalyser cette réaction. La catalyse acide ou basique en solution peut s’effectuer selon deux voies différentes appelées catalyse acide (ou basique) spécifique. Le catalyseur intervient donc directement dans le mécanisme réactionnel.pour H2O).H2 O rapide + A O R' R CH lent O R' H R C OR' H2O H + R' O H O R C H + R' O H Schéma 7. La diminution du pH favorise la réaction. et qui conduit finalement à un aldéhyde et deux molécules d’alcool. Pour l’eau comme solvant. les bases ou parfois les deux.1) où SH+ est représenté par H3O+.1 La catalyse acide spécifique est caractéristique de réactions dans lesquelles il y a d’abord une protonation rapide et réversible du substrat avant une étape lente qui conduit aux produits de la réaction. On en déduit que l’augmentation du pH conduit à une augmentation de la vitesse de la réaction.279 7. ou catalyse acide (ou basique) générale.2 – Catalyse acide ou basique spécifique La catalyse acide spécifique est caractérisée par une augmentation de la vitesse de réaction en fonction de la concentration en ion SH+ dans un milieu où S représente le solvant. seul. C’est pourquoi sa catalyse est spécifique. au choix. H3O H2O + HA O R' R CH O R' acétal + H3O .qui résultent du retrait d’un proton du solvant utilisé SH (HO. L’acide ou les acides ajoutés n’agissent que sur l’équilibre qui fournit SH+. Dans le cas de la catalyse acide des acétals. S + HA SH + A C’est le cas de la catalyse acide des acétals (schéma 7. Généralités Un nombre très important de réactions en chimie organique est catalysé par les acides. Seuls. Dans tous les cas. Un exemple est la réaction de rétroaldolisation qui s’effectue en milieu basique dans l’eau (schéma 7.2).3. le cation hydroxonium H3O+ catalyse la réaction et aucune autre entité acide. . 7. il y a un transfert d’un proton entre le catalyseur et un réactif. la vitesse de la réaction est donc : V = k[H3O+][RCH(OR’)2] La catalyse basique spécifique a pour caractéristique une augmentation de la vitesse de la réaction en fonction de la concentration en ions S. Le catalyseur spécifique est HO-. une protonation lente du substrat est suivie d’une étape rapide (schéma 7.3 Dans cette catalyse.4).ou une base B du milieu est une réaction lente qui détermine la vitesse globale de la réaction. Elle est suivie d’étapes rapides.2 La vitesse de cette réaction est v = k[HO-][Me2C(OH)CH2COMe] 7.3. O R' R C O R' lent O R' O R' R C R C O R' O R' O R' O H2O rapide R C O R' + R' O H H A acide vitesse = k H3O+ H3O+ RC(OEt)3 + k AH AH RC(OEt)3 + .issus du solvant SH (HO. la concentration en ions S.(schéma 7.3 – Catalyse acide ou basique générale La catalyse acide générale est caractérisée par une augmentation de la vitesse de la réaction en fonction de la concentration en ions SH+..3). . B’… ont un rôle aussi sur la vitesse de réaction.H2 O Me rapide Me O O C Me + HO C C H2 lent Me O Me + C Me H2C C O Me énolate de propanone propanone ou acétone 4-hydroxy-4-méthyl-pentan-2-one Schéma 7.280 Chimie organique Base-H Base + H2O HO H Me O O C C Me C H2 . D’autres bases présentes B. Schéma 7. A’H… présents dans le milieu.. Dans la catalyse basique générale. La déprotonation du substrat par HO. mais aussi des concentrations d’autres acides AH.pour H2O) n’est pas le seul catalyseur actif. C’est le cas de la bromation de la propanone en milieu basique et en présence d’ions acétates CH3COO. C’est l’acide le plus fort qui est le meilleur catalyseur. cela devient difficile. RX est soluble dans les solvants organiques mais pas dans l’eau. on peut imaginer l’emploi de deux solvants non miscibles (comme l’huile et l’eau) contenant chacun un des deux réactifs. très peu dans un autre solvant. de l’action des ultrasons.4 – Catalyse par transfert de phase Pour qu’une réaction s’effectue au mieux. d’une part. mais dans certains cas. une vitesse excessivement lente de la réaction. Dans l’eau. ce qui aura pour conséquence.7 R-CN+X-.BH ou H2O H H2 C lent C H2C CH3 Br C CH3 . et inversement pour KCN. on trouve les sels d’ammonium quaternaires et les sels de phosphonium. si l’un des réactifs est insoluble dans l’eau ou les autres solvants polaires et que l’autre n’est au contraire soluble que dans l’eau.4 Des techniques particulières permettent d’augmenter la vitesse des réactions : il s’agit. En effet.Br H2C rapide CH3 O O O C 1-bromo-propan-2-one propanone B = CH3COO V=k HO HO MeCOMe + kCH COO 3 CH3COO MeCOMe Schéma 7. comme dans une gangue. Elle consiste à solubiliser un des réactifs dans l’eau et l’autre dans un solvant organique non miscible (par exemple. L’anion CN. et dans l’autre. Dans le cas de la réaction de substitution RX + CN. Pour résoudre ce problème. cette technique donne de très mauvais résultats. une technique catalytique est utilisée : c’est la catalyse par transfert de phase (CTP). 7. eau et toluène) et d’y ajouter un catalyseur dont le rôle sera de permettre le passage du réactif contenu dans la phase aqueuse vers la phase organique afin que la réaction ait lieu. il est important que les molécules de réactifs entrent en collision. Dans la première. et insoluble dans l’autre réactif si celui-ci est un liquide. L’expérience montre que dans la majorité des cas.281 7. mais dans lequel les concentrations des réactifs seront très faibles. KCN est ionisé en ions CN. de la catalyse par transfert de phase. Il existe deux grandes classes de ce type de catalyseurs.et K+ qui sont solvatés par l’eau (entourés. Depuis quelques décennies. Généralités B Br Br ou HO . de molécules d’eau).ne peut pas passer dans l’autre phase sans K +. Cette solvatation n’est pas possible dans une phase organique. avec agitation très puissante du mélange biphasique (par exemple : eau-toluène) pour qu’à l’interface il y ait collision des molécules des deux réactifs. la réaction ne pourra à la rigueur s’effectuer que dans un solvant unique. en raison de la . les éthers-couronnes. Ce sont des agents de transfert de phase. et d’autre part.3. X Cat = N (R')4 ou P(R')4 Schéma 7.X C K . La vitesse de ce cycle est donnée par la réaction qui consomme les réactifs car les équilibres sont atteints très rapidement. lequel peut renouveler le cycle jusqu’à disparition des réactifs.(schéma 7. et qui sont liés à la réaction de substitution qui s’effectue dans la phase organique. En présence de KCN. CN-.5). B. par le permanganate de potassium (soluble uniquement dans l’eau). C’est là qu’interviennent les agents de transfert de phase. et RX est solubilisé dans un solvant organique. Br. qui contient RX. Ph-CH2-OH Ph-COOH Ph-CH=CH-Ph PhCOOH CH3(CH2)6-CH2OH CH3(CH2)6-COOH CH3(CH2)5-CH=CH2 CH3(CH2)5COOH + HCOOH Schéma 7. et par contre. CN Cat . CN + interface Cat . comme indiqués ci-après (schéma 7. CN-. Certains de ces sels sont si peu solubles dans l’eau que leur catalyse a lieu à l’interface (entre les deux phases liquides). très solubles dans le solvant organique. Les sels d’ammonium quaternaires N(R’)4+. X.6 . Les propriétés lipophiles (voir la note ci-après) du catalyseur lui permettent de passer alors l’interface pour aller dans la phase organique ce qui permet à la réaction de s’accomplir avec formation du nitrile RCN et d’un nouveau système Cat+X-. Lorsque KCN est solubilisé dans l’eau. (n-Bu)4N+.possèdant des groupes alkyles assez volumineux comme n-butyles (lipophiles. et C sont alors établis. en présence de bromure de tétrabutylammonium. X B + K .5 Le catalyseur désigné par Cat+ réagit réversiblement dans l’eau avec une molécule de KCN ionisée en formant Cat+.6).282 Chimie organique neutralité électrique des phases. Un autre exemple d’utilisation de cette catalyse est celui de l’oxydation d’oléfines ou d’alcools uniquement solubles dans les solvants organiques.ou de phosphonium P(R’)4+. l’équilibre est déplacé vers la formation de Cat+. Solvant organique Cat . voir la note en bas de page) sont peu solvatés dans l’eau où ils sont très peu solubles. CN + RX réaction RCN + A Eau Cat . les deux phases sont mises en contact et le catalyseur est ajouté. X. lequel peut de nouveau passer l’interface et se retrouver dans l’eau. en forte concentration par rapport à Cat+X-. Trois équilibres A. les groupes butyles sont lipophiles et se maintiennent plus facilement du côté du solvant non polaire tandis que la « tête hydrophile » azote quaternaire et ion bromure. MnO4-.I R1 R C CHO R2 Schéma 7. etc. Généralités Note : bien que le terme lipophile soit plutôt spécifique de la biologie (composé qui se dissout dans les lipides. c’est l’ion hydroxyle HO. l’aldéhyde est substitué. composé qui démarre la réaction de substitution. à l’interphase eau-solvant non polaire. le caractère hydrophile est important et le caractère lipophile. Le caractère lipophile des molécules est très important pour la recherche de médicaments.7). Dans le cas du bromure de tétrabutylammonium. Lorsque le nombre de carbones croît. (n-Bu)4 . car il permet de connaître leur capacité à traverser les zones lipidiques de l’organisme et donc d’atteindre un organe donné. le chloroforme.qui est transporté dans la phase organique par le catalyseur. et une longue agitation du mélange. et du propanol. R1 H C CHO R2 RX HO . un aldéhyde en solution dans le benzène est déprotoné par la soude dans l’eau en présence de (n-Bu)4N+. si on reprend l’exemple de l’oxydation d’un composé organique par le permanganate de potassium. au contraire passe dans la phase aqueuse. ou le toluène. Dans ces réactions. on ajoute simplement ce dernier. I. c’est le cas du méthanol. le caractère lipophile l’emporte sur le caractère hydrophile et les alcools deviennent de moins en moins solubles dans l’eau. Par exemple. ils donc facilement solubilisés dans l’eau. Cette technique de catalyse (CTP liquide-liquide) peut être utilisée pour soustraire un proton d’un substrat en solution dans un solvant organique par action de la soude dans l’eau. faible. si on utilise le mélange de solvants non miscibles ou biphasique chlorure de méthylène /eau. CH2Cl2 / H2O. l’addition de permanganate conduit à une solution violette de la phase aqueuse tandis que la phase organique contenant RX reste incolore ce qui démontre l’insolubilité de l’oxydant dans la phase organique. Les solvants organiques classiques pour cette technique sont le chlorure de méthylène. Plus les chaînes carbonées sont importantes en nombre de carbones dans les molécules. le benzène (très rarement en raison de sa toxicité).(schéma 7. pentanol. afin d’atteindre l’équilibre. c’est-à-dire qui favorise la solubilisation dans l’eau (inverse de lipophile) par la création de liaisons hydrogènes avec l’eau. Il est déterminé quantitativement (coefficient de partage eau-octanol) à partir du rapport des concentrations de ce composé déterminées dans chaque phase du mélange eau-octanol en volumes égaux. plus la molécule devient soluble dans les solvants non polaires et par conséquent de moins en moins dans l’eau.7 Une autre technique est la CTP-solide-liquide. Dans ce cas. solide. son emploi peut être étendu en chimie pour désigner des molécules plus solubles dans les solvants peu ou non polaires que dans l’eau. c’est la cas du butanol. après solubilisation complète de l’échantillon traité. C’est le cas des alcools qui portent un groupe OH hydrophile. les graisses). dans le chlorure de méthylène contenant le composé à . de l’éthanol. Pour les alcools à faibles nombres de carbones. Dans ce cas.283 7. L’addition de l’agent de transfert de phase en très faible quantité a pour conséquence visible la coloration violette de la phase organique ce qui correspond à la formation de (n-Bu)4N+. Par réaction avec un halogènure d’alkyle. . Le complexe est alors appelé cryptate. poly-éthers cycliques. O O O K O O O dicyclohexano-18-crown-6. Les éthers-couronnes. Les équilibres indiqués pour la CTP-liquideliquide ont toujours lieu mais se font à l’interface du solide (KMnO4) lequel adsorbe les molécules de composé à oxyder à sa surface. effet qui diminue leur activité chimique. des réactions secondaires comme les hydrolyses des produits finaux ne sont plus possibles. ce qui permet les réactions. le catalyseur est appelé cryptand (parfois écrit avec un t à la place du d). K O O N O N + O M+ O O N O O Cryptofix O M+ O O O R (cryptate) (cryptant) Figure 7. Le sel est d’abord mis en contact avec l’éther-couronne ce qui forme un complexe. Cette technique évite l’emploi de l’eau et empêche la solvatation des anions.284 Chimie organique oxyder : aucune coloration du solvant n’apparaît et aucune réaction n’a lieu. Ethers-couronnes et cryptands sont des transporteurs de cations appartenant au groupe de composés appelés ionophores. assez volumineuses et qui ont la propriété de retenir dans leur cavité. solubles dans les solvants organiques. par exemple) ce qui favorise ses réactions et les rend plus faciles que dans les conditions classiques à l’exception des réactions effectuées dans des solvants aprotiques dipolaires. par coordination. la coloration violette apparaît et la réaction d’oxydation débute. un cation métallique spécifique en fonction de leur taille. CN-. entre autres. Par ailleurs. est soluble. Lorsque le cryptate n’est plus constitué d’un seul cycle mais de plusieurs. si on ajoute une petite quantité de l’agent de transfert de phase. Si KCN n’est pas soluble dans un solvant organique. puis il est directement mis en réaction dans un solvant organique (le benzène par exemple). F-. comme le cryptofix â. Les atomes d’oxygène jouent le rôle de bases de Lewis (voir le paragraphe suivant) vis-à-vis des cations métalliques. Par contre. MnO4.4). le sel constitué du « K+ -éther-couronne ». le chlorure de méthylène ou le toluène. L’anion cyanure peut être remplacé par I-. CH3COO-. Il n’y a plus besoin de deux solvants. Ce sont des molécules organiques. agissent de manières différentes. Les solvants utilisés sont l’acétonitrile. L’éther-couronne le plus utilisé est le dicyclohexano-18-crown-6 (figure 7. par contre. Br-. Tous ces anions dont le cation est crypté forment des paires d’ions dans lesquels l’anion est beaucoup plus libre que dans les sels ordinaires (KCN.4 N . Dans la théorie de Lewis (1938). un acide est un composé qui présente une orbitale vacante. On peut citer les acides de Lewis suivants. Dans la théorie de Lewis. le catalyseur peut être facilement extrait du milieu réactionnel pour une nouvelle opération. Il s’agit par exemple du TDA-1 ou tris(3. l’acide organique n’est plus l’ensemble RCOOH mais seulement le proton H+ dans la mesure où il présente une orbitale vide ou vacante.5 Il existe des catalyseurs minéraux qui ont des activités comparables.6-dioxaheptyl)amine. et qui sont rangés par acidité décroissante : . C’est alors une catalyse triphasique qui a des avantages sur le plan expérimental. composé acyclique (figure 7. Cela a pour effet de créer des microbulles (cavitation) qui en disparaissant produisent des ondes de choc à forte énergie et qui ont pour effet d’augmenter la température et la pression dans des microespaces. Un autre intérêt de ces ultrasons se trouve dans leur capacité à rendre propre voire dépolie la surface des métaux. le fer(III). ce qui crée des sites actifs et facilite les contacts chimiques avec les réactifs. et les bases. où X représente un ion inorganique.3. des halogénures de bore comme BF3. comme l’alumine. Par ailleurs. On peut rappeler que dans cette dernière. Al2O3.5).285 7. l’anhydride sulfurique SO3 ou des ions métalliques comme Ag+ qui n’étaient pas considérés comme des acides par Brønsted sont des acides au sens de Lewis dans la mesure où ils ont tous une orbitale vacante. et la base. de structures MXn.5 – Les ultrasons Une autre technique qui permet d’augmenter la vitesse des réactions (surtout radicalaires) est l’utilisation des ultrasons de fréquences supérieures ou égales à 20 KHz. certaines résines proches du polystyrène qui sont. les acides sont des composés susceptibles de libérer un proton. ce qui augmente la vitesse de la réaction. Généralités Certains composés qui n’appartiennent pas à la famille des cryptands agissent pourtant de la même manière. Les rendements sont souvent meilleurs et les réactions secondaires réduites car la température et la pression de la réaction « normale » sont diminuées. le silica-gel (utilisés aussi et d’abord en chromatographie).4 La théorie de Lewis des acides et des bases Cette théorie a généralisé la notion d’acides et de bases développée par Brønsted (1923). N O O O OMe OMe OMe tris(3. le zinc(II) ou le mercure Hg(II). insolubles dans l’eau et les solvants organiques. un composé qui possède une paire d’électrons libres ou faisant partie d’une orbitale π. qu’ils soient réactifs ou catalyseurs. des composés aussi divers que des sels de divers métaux comme l’aluminium. 7. le plus souvent un halogène. car la réaction terminée.6-dioxaheptyl)amine Figure 7. les composés susceptibles de les capter. 7. par contre. A acide de Lewis + B A B base de Lewis H H + R O H R O H alcool protoné Et BF3 trifluorure de bore BF3 + Et O F3 B Et diéthyléther Me + N Me Et étherate de trifluorure de bore Me F3 B N Me Me Me triméthylamine O triméthylammoniumtrifluoroborate Schéma 7.286 Chimie organique BX3 > AlX3 > FeX3> GaX3 > SbX5 > SnCl4 > AsX5 > ZnX2 > HgX2 = orbitale vacante On peut donc considérer que toute réaction dans laquelle un composé A ayant une orbitale vacante. amines. avec création d’une liaison A-B est une réaction acido-basique au sens de Lewis (schéma 7. mis en présence d’un composé B possèdant un doublet d’électrons libres (alcools.8).8 . éthers. thioéthers…). thiols. ...............7 – Mécanisme SNi (substitution nucléophile interne) ....................1....................................1........ 314 315 318 319 8......................... 305 8........11c – Des amides ............................. 8.......1....12 – Substitutions nucléophiles par les alcools et alcoolates ...............................11d – Les époxydes ......1..................1............1......1....Chapitre 8 Les réactions de substitution Sommaire : 8................................. 291 8..........4 – Mécanismes SN1cA (ou A1) et SN2cA (ou A2) ....9 – Mécanisme SET (Single Electron Transfer) ...................1....... 292 8................ 302 8......1..............................................................1................................................................1.........1.......................................................................5 – Mécanisme SN1cB .. 297 8...................1..............................................10 – Substitution nucléophile sur >C=O . 306 8..........................1..............................................1. 320 8.... 291 8..........1a – Les groupes partants ou sortants ..............1...........12d – Les acides .....................................3 – Substitution nucléophile monomoléculaire SN1 ............11b – Des esters et des anhydrides ........... 320 323 326 327 333 ..................1......................11 – Substitutions nucléophiles par l’eau . 312 8.... 8.................... 311 8..............................12c – Les éthers et époxydes .. 307 8................................. 310 8............................... 312 8....................1............. 314 8....................................... 8..........12a – Les halogénures ............1.......12b – Les alcools .... 8...................11a – Les composés halogénés ....................6 – Mécanismes SN1’ et SN2’ et réarrangements allyliques .................1.................................1b – Les réactifs nucléophiles ...........12e – Les anhydrides d’acides . 8......8 – Mécanisme SNi’ (substitution nucléophile avec réarrangement) ....1 – Généralités ...................................1........... 8........... 8........ 293 8....................1..2 – Substitution nucléophile bimoléculaire SN2 ...............1.......................1 Substitutions nucléophiles aliphatiques .............. ........ 353 356 357 358 359 359 8.........................17 – Réactions de couplage par mécanisme de substitution ..........................1....15b – Les alcools ....... 338 8.......1.......1............. 8............................1.....13b – Les acides......15a – Les halogénures ...............................22d – Anions cyanate et thiocyanate ...15 – Substitutions nucléophiles par l’ammoniac et les amines ......... les esters et les amides ..............18b – Alkylation des acétoacétates ....12f – Les esters carboxyliques ..... 8.... thiiranes et aziridines .............15d – Les acides.18d – Alkylation des sels d’acides carboxyliques ...20 – Alkylation d’un carbone acétylènique ................21d – Ion thiosulfate ...1...1...22c – Anion nitrite .1......................................................... 339 344 344 345 8.............................15c – Les oxiranes.........1...................21a – Acide sulfhydrique et ses sels ............19 – Acylation de carbones activés par les groupes ou atomes environnants...................................1.......... 334 8....................1.................................1............................. 8............... 8...........................16 – Substitutions nucléophiles par l’ion hydrure ......... 8..........................1............1........... 367 8. 8................ 339 8.....18 – Alkylation de carbones activés par les groupes ou atomes environnants .. 337 8.......................22b – Anion azoture .... 370 ... 364 8...............1..............12g – Les sulfonamides .............................................18c – Alkylation d’esters................................1.............. 8.. 8.............................. 8.......1.......21 – Substitutions nucléophiles par les dérivés soufrés ................1.........................1..1........................288 Chimie organique 8.............................................. 353 8.13a – Les halogénures .18e – Alkylation des sels d’acides aromatiques .. amides .......22a – Anion cyanure ...... 352 8...........................................................13 – Substitutions nucléophiles par les acides et leurs sels .............1.......................................17b – Couplage des chlorures d’acides ......1........... 350 8........................22 – Autres substitutions nucléophiles faisant intervenir un composé minéral ......... 8............ les anhydrides d’acides.............................. 367 368 369 370 8.... 363 8....................... les chlorures d’acides................................................................... de cétones.................13c – Le diazométhane ...........1.....1..........1.......1....................14 – Substitutions nucléophiles sur les éthers et époxydes ....................... 8...21c – Thiourée .................... 364 365 366 366 367 8.................. esters....1.. 333 8............1...... 334 8............. ou de nitriles ............. 336 8.1...........23 – Autres substitutions nucléophiles faisant intervenir un composé organométallique ........................................1....1.. 361 8. 8...................1.....................................................17a – Couplage d’halogénures d’alkyle (réaction de Wurtz) ........................21b – Thiols et thiolates .............. 8.............................1........ 8...........................1.1.......18a – Synthèse malonique .........21e – Sels d’acides sulfiniques et ion sulfite ... 351 8.......................1..18f – Alkylation de carbones activés par la présence d’hétéroéléments ...................1........... 334 8. 8....................... d’aldéhydes........1..................... 351 8.......... ...............1....................... 8.......................... 8. 8......... 8.........2......2...2.......................2 Substitutions électrophiles aliphatiques . 8............... 8......2...2.........8 – Substitutions électrophiles aliphatiques avec un groupe partant carboné ..........8...8a – Décarboxylation d’acides ...........................2 – Mécanisme SE2 (substitution électrophile bimoléculaire) .........2.2........................6g – Couplage entre composés aliphatiques à hydrogènes acides et sels de diazonium ....6f – Acylation d’un alcène par un halogénure d’acide .6j – Formation d’éthers d’énols silylés ...... 376 377 378 378 379 379 379 380 381 383 385 385 386 388 389 389 390 390 392 392 396 396 399 399 400 400 403 404 .....3 – Mécanisme SE2’ (substitution électrophile bimoléculaire avec réarrangement) .............2..............2.................2...... 8........2.....7 – Substitutions électrophiles aliphatiques avec des halogènes comme groupes partants ..6 – Substitutions électrophiles aliphatiques avec un hydrogène comme groupe partant .......2...9c – Action de l’acide nitreux sur les amines tertiaires ........6i – Cyanation d’un méthylène activé ........6e – Sulfonation d’aldéhyde..2.....23c – Réactions avec les anhydrides. 8.........2.6d – Halogénation des acides carboxyliques ................................. 8.................8b – Réaction haloforme ..................................................................................2. 8......9a – Diazotation des amines primaires et des hydrazines . 8........ 1954) .....8c – Réaction d’Haller-Bauer .. 8...........2....2......6l – Alkylation ou acylation des cétones et aldéhydes via une ènamine (réaction de Stork....................... orthoesters et époxydes ................................2... 370 8................. 8.....2................. cétone et d’acide carboxylique ..... 8......................... 8..........................6c – Halogénation des aldéhydes et cétones ............. cétals.....1 – Mécanisme SE1 (substitution électrophile monomoléculaire) ...................................... 8.6a – Substitution d’un hydrogène par un atome métallique ............... 8..2...... amides 375 8. 376 8............. 8........4 – Mécanisme SEi (substitution électrophile interne) .........................................23b – Réaction de couplage avec les acétals..5 – Mécanisme SEi’ (substitution électrophile interne avec réarrangement) 8. 8...... 8............................ esters carboxyliques......... 373 8...1............................2............................. 8............2..2.....6b – Echange hydrogène o deutérium (D) ou tritium (T) ................9b – Nitrosation des amines secondaires .................................... 8......... Les réactions de substitution 289 8.6k – Insertion de carbène ou de nitrène dans dans une liaison C-H 8..........2..7a – Préparation des organomagnésiens ou réactifs de Grignard et d’organolithiens par déplacement direct entre halogénure et métal ........... 8. 8.....................2.1........2........9 – Substitutions éléctrophiles aliphatiques de composés azotés ........ 8...........2......23a – Réaction de couplage avec les halogénures ...............2.6h – Transfert de groupe diazo ou azide sur un méthylène activé à partir d’azide ...... 10a – Hydrolyse et action des acides sur les composés organométalliques .....1h – Haloalkylation (réaction de Blanc-Quelet) ........... 416 8............................................2........3 – Mécanisme SRN1 ........4....3...... 455 ..... 8................. 8.....................4......................4................................. 427 428 431 434 438 439 440 445 446 449 450 451 452 453 8................................2.................................................. 406 8........................2..............5 Mécanisme de substitution radicalaire (rappel) ...................4..4................................... 8...................................1g – Formylations ............10f – Transmétallations ...3....... 8.............2 – Mécanisme SE1 ...............4...............1c – Halogénation ......... 8......4........................................................................ 414 8.......1d – Alkylation et acylation par la réaction de Friedel et Crafts ........................... 418 8.........10c – Action de l’oxygène et du peroxyde d’hydrogène sur les composés organométalliques ....10e – Action du soufre et de ses dérivés sur les composés organométalliques .............1f – Arylation ........ 8......................2 – Mécanisme SN1 aromatique .............. 414 8.4......................10 – Substitutions électrophiles aliphatiques avec un métal comme groupe partant ............................ 8.....1b – Sulfonation .............. 8.......................1a – Nitration ...........4.... les arynes .......... 8..........................2.........1j – Hydroxyméthylation ... 407 408 409 410 412 413 8........4...... 8................................................4............................. 407 8.2........................................................3 Substitutions nucléophiles aromatiques ....... 8...............................1 – Mécanisme SEAr ................................................................................4...... 8....1n – Réarrangement de Fries des esters phénoliques ..4 – Mécanisme de substitution nucléophile aromatique via le benzyne ou ses dérivés.......................................3.........................2............................ les chlorures de carbamoyles ou les isocyanates ...................2.......... 422 8...1k – Aminoalkylation ......................4............................... 454 8....................... 8.................................................... 8.......2................. 8.........................1m – Décarboxylation des acides aromatiques .4.290 Chimie organique 8...................... 8............................3..................1l – Carboxylation des phénates par l’anhydride carbonique (réaction de Kolbe-Schmitt) .....................1e – Carboxylations par le phosgène.............................1 – Mécanisme SNAr .........9e – Formation d’haloamines ..................... 422 8.............4...........4....10b – Action des halogènes sur les composés organométalliques ...........................4 Substitutions électrophiles aromatiques ...........10d – Action des dérivés azotés sur les composés organométalliques ......2.... 417 8... 8........1i – Couplage avec les sels d’aryldiazonium (ou réaction de copulation) .................................. 8............................... 405 8...9d – Réactions des composés nitrosés sur les amines et hydroxylamines ............... 2 Dans le second cas (schéma 8. . neutre. chargé positivement. attaque un carbone lié à un groupe nucléofuge Y. ou portant une charge négative.1 – Généralités Dans les réactions de substitutions nucléophiles aliphatiques.3). 2) Nu Et Et N Et amine + R Y + R X Nu N R R + Y + X sel d'ammonium quaternaire tertiaire Schéma 8. Dans le premier cas (schéma 8.1 Substitutions nucléophiles aliphatiques 8.291 8. celui qui correspond à l’alkylation du nucléophile. chargé négativement. Les réactions de substitution 8. non chargée.1 Quatre cas peuvent être envisagés. comme une amine tertiaire.3 Dans le troisième cas (schéma 8. Nu + Nu Y R + R Y Schéma 8. un réactif nucléophile ayant au moins un doublet d’électrons libre. un nucléophile chargé attaque un carbone lié à un nucléofuge chargé positivement. il se forme deux ions. le nucléophile chargé négativement. tandis que le groupe nucléofuge devient un anion Y-. la réaction est ainsi facilitée et fournit deux molécules neutres. Le doublet d’électrons du réactif nucléophile crée la liaison avec le carbone tandis que le groupe partant (sortant ou nucléofuge) entraîne avec lui le doublet qui le liait au carbone (schéma 8. une base de Lewis. et celui qui est formé à partir du groupe nucléofuge. attaque encore une molécule R-Y. Nu. attaque un carbone lié à un groupe partant ou sortant (nucléofuge) Y exerçant un effet -I ou/et mésomère -M sur ce carbone. un anion minéral ou un carbanion.1. Nu-.2).4). L’anion (ou le carbanion) est alkylé par le groupe R.1). par exemple. 1) Nu + R Y Nu HO + R X HO R R + Y + X X = un halogène ou tout autre groupe partant Schéma 8. un brosylate.3) sont issus d’acides forts et sont libérés comme anions Y-.1.5).2-trifluoroéthanesulfonates Figure 8. Le groupe OH étant un très mauvais groupe partant. Le nucléophile est alors alkylé fournissant un composé chargé positivement tandis que le nucléofuge est libéré sous forme neutre. R groupe aliphatique -I.1a – Les groupes partants ou sortants Les meilleurs groupes partants ou sortants Y dans les deux premiers cas (schémas 8.292 Chimie organique 3) Nu + R HO + R N Y Nu R + Y HO R + N Et Et Et Et Et Et alcool amine tertiaire Schéma 8.1).2. un nosylate ou un mésylate. il est converti par action d’un chlorure d’acide sulfonique correspondant en un ester sulfonique. des nonaflates. 4) Nu + S + R Nu Y Et H H H Et R N R S R + Y + N H Et acide sulhydrique Et Et Et ion alkylsulfonium Schéma 8. le quatrième cas (schéma 8. . lesquels sont de meilleurs groupes partants que les halogénures (figure 8. comme un tosylate. -Br.1 D’autres groupes partants sont encore plus forts.>> F-. On peut citer les anions halogénures avec l’ordre suivant I. il s’agit des triflates.2 et 8. ou des trésylates qui sont 100 fois plus réactifs sous l’effet d’un nucléophile que les tosylates. consiste en l’attaque d’un nucléophile non chargé sur un carbone lié à un nucléofuge Y chargé positivement.5 8. -Cl RX halogénures O SO2 CH3 O SO2 Me ROTs tosylates p-toluènesulfonates O SO2 CF3 ROMs ROTf mésylates triflates méthanesulfonates trifluorométhanesulfonates Y groupe partant O SO2 Br O SO2 ROBs brosylates p-bromobenzènesulfonates O SO2 C4F9 nonaflates nonafluorobutanesulfonates NO2 RONs nosylates p-nitrobenzènesulfonates O SO2 CH2-CH3 trésylates 2. plus rare.4 Enfin.> Cl.> Br. X sel de 2.> RO. Leur réactivité est fonction des règles suivantes.> RO. Pour des réactifs nucléophiles dont l’atome actif appartient à la seconde période du tableau de Mendéleiev. des alkoxydes. on montre qu’il existe une relation linéaire entre les pKa (basicité) et les vitesses des réactions (nucléophilie). c’est pourquoi on le convertit. R ≠ R’). ou OH.6).X sel de 2. soit en ditosylate.> RO-).> R2NH > ArO. Enfin. S’il s’agit d’une substitution sur un groupe carbonylé. on peut donner l’ordre d’activité suivant : NH2. Des compléments importants sont donnés ci-après. (RCO-OCO-R’. ou enfin NH2 (RCO-NH2. (RCO-OH.est un meilleur nucléophile que l’eau. par exemple. ou OCOR’. esters avec R’ aryle ou alkyle). ce qui active efficacement sa réactivité vis-à-vis des réactifs nucléophiles (schéma 8.> NH3 > pyridine > F.6-triphénylpyrylium ditosylate Ph N R Ph .6-triphénylpyridinium.5). et l’ion amidure NH2-.> H2O > ClO4et R3C. ce rapport entre nucléophilie et basicité peut être inversé par des effets stériques : des nucléophiles fortement basiques comme les t-butylates alcalins qui présentent un certain .> FLes nucléophiles oxygénés sont moins puissants que leurs analogues soufrés (RS. anhydride d’acide simple R = R’.4. ou mixte. (RCO-Cl. dans la mesure où ces derniers sont aussi des nucléophiles.6-triphénylpyrylium. soit en un sel de 2.6-triphénylpyridinium NO2H. ou OR’. X sel de diazonium Schéma 8. acide).> R2N.293 8.4. Les nucléophiles chargés sont plus actifs que leurs acides conjugués. à partir d’un sel de 2. Toutefois. La nucléophilie augmente parallèlement à la basicité. HX R-N=N . amide). par exemple. chlorure d’acide).1b – Les réactifs nucléophiles Les réactifs nucléophiles ont déjà été définis (§ 6. Ph Ph Ts -N Ts RNH2 + Ph O Ph .> HO.1. le groupe NH2 ne l’est pas non plus. l’amine peut être traitée par l’acide nitreux ce qui la convertit en sel de diazonium. 8. Y est alors un halogène et le plus souvent un chlore. A l’intérieur d’une série homogène de nucléophiles. l’ion hydroxyde HO.4. Ainsi. RO-. (RCO-OR’. le groupe partant est alors -N=N +. Les réactions de substitution Si le groupe OH n’est pas un bon groupe partant.4. meilleur nucléophile que l’ammoniac NH3.6 On peut y ajouter le groupe OCOR’ des esters R-OCOR’ ou les sels d’amines quaternaires R-N+(R’)(R’’)(R’’). A un acide fort. seul. La charge négative de Cl. la vitesse de la réaction décroit en fonction de la nature du cation métallique. Dans le diméthylformamide (DMF). Quelques exemples de ces réactifs nucléophiles ambidents sont donnés dans le schéma 8. l’anion I. solvant polaire aprotique. L’ion CH3S. Par ailleurs. Ainsi. Lorsqu’on étudie les composés nucléophiles d’une même colonne du tableau périodique en la descendant. leurs volumes atomiques sont très différents : I. La même observation est faite avec les amidures : (Et)2NLi > (isoPr)2NLi.et Cl-. l’ion H-O-O.est donc plus « concentrée » que sur I-.3) est important pour des nucléophiles de faibles volumes.est un meilleur nucléophile que l’ion CH3O-. Si.> Br. le caractère nucléophile augmente en même temps que la nature de l’atome « actif » se situe plus bas dans les colonnes du tableau de Mendéléiev. plus sa vitesse de réaction est grande.est un meilleur nucléophile que l’ion HO-. ce qui n’est pas le cas des solvants aprotiques : la réactivité de ces nucléophiles est donc plus grande dans un solvant aprotique. les interactions entre Cl. ce qui explique la différence de réactivité entre ces deux nucléophiles.> I-.> RsecondaireO. O ou S qui possèdent des doublets d’électrons libres : par exemple.est donc une base faible. Plus le degré de liberté d’un nucléophile chargé est élevé.294 Chimie organique encombrement stérique ont une nucléophilie plus faible que des nucléophiles moins basiques comme les éthylates alcalins. IH. En effet. Si l’on compare les ions I.> Cl. La nucléophilie d’un composé chargé ou non est augmentée par la présence en α du centre nucléophile d’hétéroatomes comme N. dans l’ordre suivant : K+ > Na+ > Li+. Dans un solvant polaire. est un acide fort. leur caractère nucléophile augmente tandis que leur caractère basique diminue. mais moins encombrés. Si seul l’un d’entre eux est réellement produit. le carbanion a un degré de liberté important et réagit beaucoup plus vite. comme le 1. Le caractère protique ou aprotique du solvant polaire (solvants § 6. Certains nucléophiles sont dits ambidents dans la mesure où ils résonnent entre plusieurs formes limites pouvant conduire par une réaction de substitution à plusieurs isomères. Il en est de même des alcools correspondants. on peut écrire pour la nucléophilie : RprimaireO. l’hydrazine NH2-NH2 est plus nucléophile que l’ammoniac.2-diméthoxyéthane pour le cation Na+.> Br.> R tertiaireO-. . les solvants protiques ont la propriété de créer des liaisons hydrogènes avec les nucléophiles de petites tailles. NH3.et le solvant sera une gêne pour l’attaque du substrat. Ces nucléophiles sont moins solvatés que les nucléophiles chargés et moins sensibles aux changements de solvants. Cela est particulièrement démontré avec la série I. pour les mêmes raisons. pour une série homogène. Pour les nucléophiles non chargés. les vitesses des réactions pour trois nucléophiles halogénés sont les suivantes Cl. et les amines : (Et)2N(Et) > (isoPr)2N(Et). correspond une base conjuguée faible.et ce solvant seront plus fortes qu’avec I-. On peut en déduire que l’interaction entre Cl. bien supérieure à celle de I-. on dit que la réaction est régiosélective dans la mesure où la réaction s’effectue sur un site précis de la molécule parmi d’autres possibles (voir note ci-dessous). L’acide iodhydrique. l’ion métallique qui accompagne un carbanion est solvaté par l’emploi de composés spécifiques.> F-. mais c’est un nucléophile fort. il a été montré que pour une réaction donnée (synthèse malonique).7.est plus gros que Cl-. Ces résultats montrent que l’on peut orienter la C-alkylation sur ce type de composé en fonction du nombre d’équivalents de base et de moles de RY utilisés. l’addition d’une quantité stœchiométrique de base conduit à la déprotonation du CH2 le plus acide situé entre les deux groupes carbonyles et l’addition de RY conduit à une unique alkylation (schéma 8. Les réactions de substitution N 1) ion cyanate C O N C O O R-Y R-Y -Y N C -Y R R N C O isocyanate cyanate composé unique: réaction régiosélective 2) carbanions dérivés de β-dicétones. privilégie partiellement ou totalement la formation d’un seul de ces isomères. CH3COCH2COOEt. et inversement).7 Lorsque le composé β-dicarbonylé peut être déprotoné sur deux sites acides. . c’est donc lui qui réagira d’abord avec une molécule de RY. Si deux équivalents de bases sont ajoutés. Le carbanion qui en résulte peut être de nouveau alkylé par RY ou bien protoné par addition d’un acide faible. Ce terme est synomyme de régiospécificité. esters maloniques R C R C O C C O O C R C C O O R'Y R O O -Y R R' C C R'Y -Y C C C C O O C C O R' C-alkylation le plus souvent majoritaire O-alkylation (2 composés O-alkylés si le composé dicarbonylé n'est pas symétrique) Schéma 8.295 8. Note : le terme régiosélectivité s’applique d’une manière générale à une réaction pouvant conduire à plusieurs isomères de position (ou structuraux) mais qui. Dans le cas de l’acétylacétate d’éthyle. la déprotonation a lieu à la fois sur CH2 et sur CH3 : un dicarbanion est produit. β-cétoesters. un dicarbanion peut se former et permettre deux types de C-alkylations qui s’ajoutent aux O-alkylations potentielles indiquées ci-dessus. Le carbanion issu de CH3 est plus basique que celui issu de CH2 (rappel : à un acide fort correspond une base conjuguée faible. en fait.8). de base -Y R CH2 C CH O CH3 C OEt CH O O un équiv. de même. CN-. ou un isocyanure. l’ion cyanure. les ions phénates. Comme dans le cas des amides évoqué ci-dessus. Schéma 8. la nature du cation métallique et celle du solvant influent sur l’orientation de la réaction. O=N-O-.296 Chimie organique CH3 C C OEt CH2 O O 1 équiv. conduit à un isocyanure. de RY carbanion le plus basique C C OEt O -Y R CH2 CH C C OEt H R CH2 O O O C CH2 C OEt O Schéma 8. qui peuvent être alkylés sur l’oxygène ou sur les carbones du cycle. La réaction de substitution nucléophile peut donc conduire à deux composés différents : un amide substitué ou un imidate (schéma 8. ou à une N-alkylation en donnant un dérivé nitré. Ph-O-. C N C N O O R-Y . et aussi. l’attaque d’un halogénure d’alkyle par le cyanure de sodium dans un solvant polaire génère un nitrile. En milieu basique.9 On peut ajouter à ces trois exemples. c'est l'inverse avec Ag+ et un milieu non polaire. R-NO2. CH3 de base C CH C OEt O O R-Y 2 équiv. l’utilisation de cyanure d’argent dans un solvant peu polaire. et. . il existe un équilibre entre les sels correspondants à ces deux formes en équilibre.et N-alkylations dépendent du cation métallique et de la polarité du solvant : avec Na+ et K+ en milieu polaire la N-alkylation est favorisée. l’ion nitrite.9). RCN. qui peut fournir un nitrile.8 3) Sels d’amides Les amides primaires et secondaires sont en équilibre avec leurs formes tautomères imino-alcools. qui peut donner lieu à une O-alkylation avec formation d’un ester (nitrite). Ainsi.Y -Y R-Y R C N C N O R O amide imidate Les % de O. RNC. voire non polaire. R-O-N=O. par exemple HO-). Y s’en éloigne ce qui augmente la polarisation de la liaison C-Y (effet de champ § 5. et la liaison C-Y est presque rompue. lorsque Nu. chargé négativement ou non.2 Y . R1 C Nu R3 Y R2 état de transition énergie libre d'activation Nu + RY RNu + progression de la réaction Figure 8. c’est une attaque dorsale (une attaque du côté de Y aurait été dite frontale) : état de transition R1 R1 Nu C* + R2 Y R1 R3 Nu Y C Nu *C R2 R3 R2 R3 + Y R1. la liaison C-Y se rompt en libérant Y-.2 – Substitution nucléophile bimoléculaire SN2 Dans le mécanisme de cette réaction de substitution.10 donne un exemple avec Nu-.297 8.2).10 Dans le cas présenté. on observe une valeur maximale qui correspond au moment où. le réactif nucléophile Nu. R2. à la fois. représenté par l’état de transition (ou état transitoire). R3 dans le plan inversion de Walden Schéma 8. Nu est presque lié à C.s’approche du carbone lié à Y. attaque le carbone lié à Y de R-Y du côté opposé à Y (le schéma 8.8) ce qui est représenté dans le schéma 8.1.5. Les réactions de substitution 8. Au moment où Nu forme une liaison avec le carbone. Si on enregistre la courbe de l’énergie libre d’activation de cette réaction (figure 8.11. Cette inversion de configuration est appelée inversion de Walden. en un carbone hybridé « sp2 ». Le carbone hybridé « sp3 » dans RY est converti. de manière transitoire. L’orbitale « p » sert à créer les liaisons avec Nu et le groupe Y. La réaction SN2 est donc stéréospécifique. La charge est alors délocalisée.298 Chimie organique L’état de transition est caractérisé par la position des deux groupes Nu et Y. dans l’état de transition. Nu est alors lié au carbone du côté opposé à celui où se trouvait Y. s’il est chiral. (il se fait en une seule étape) et passe par un état de transition correspondant à un état d’activation maximale de la réaction.11 Le mécanisme est donc concerté. R1 +δ Nu C R2 (éloigné) -δ Y R1 et R2 = H ou seulement R1 = H R3 R1 +δ C Nu (rapproché) R2 Y -δ (augmentation de la polarisation de la liaison C-Y) R3 R1 Nu C état transitoire Y (énergie libre d'activation maximum) R2 R3 R1 -δ Nu C +δ + Y R2 R3 -δ +δ Nu C R1 + Y R2 (éloignement de Y-: R3 diminution de la polarisation de la inversion de configuration relative du carbone (s'il est chiral) liaison Nu-C) Schéma 8. seuls. Comme on peut le remarquer. Le réactif nucléophile et RY ont donc chacun un rôle équivalent dans ce mécanisme. Lorsque Y est libéré. exactement opposés par rapport au carbone dont les trois substituants (autres que Y) sont alors situés approximativement dans un plan en faisant un angle entre eux de 120°. Il s’ensuit que la réaction est du premier ordre pour chacun d’eux : on en déduit que la cinétique de cette substitution SN2 est d’ordre deux et s’exprime par la relation : Vitesse = k[RY][Nu] . et plus particulièrement. le réactif nucléophile et RY interviennent dans cette réaction. d’où la dénomination de bimoléculaire pour cette substitution. le carbone reprend aussitôt son hybridation « sp3 ». On peut donc en conclure que la configuration relative du carbone impliqué dans cette réaction s’inverse. mais jamais tertiaires. Y sel d'ammonium quaternaire Schéma 8. RY + HO hydroxyde CN cyanure R'O alkoxyde ONO nitrite N3 H azidure (hydrure.299 8. l’approche de Nu est facilitée.13) sont ouverts sous l’action de nucléophiles. puis avec des carbanions et enfin avec des molécules neutres. d’abord avec des anions. et assez souvent. Les réactions de substitution Si le carbone est tertiaire. l’approche de Nu est rendue difficile en raison de l’encombrement stérique . AlLiH4) SH bisulfure RS alkylsulfure SCN OCN thiocyanate cyanate ROH alcool RCN nitrile ROR' éther RONO nitrite RN3 azide RH alcane RSH thiol RSR' thioéther RSCN isothiocyanate ROCN isocyanate R'CHCOR" (R')(R)CHCOR" cétone R'CHCOOR' (R')(R)CHCOOR" ester R'C(COOR")2 (R')(R)C(COOR")2 malonate R'C R'C RY + C (R')(R")NH CR alcyne (R')(R")(R)NH. Par contre. l’état transitoire est alors difficile à atteindre. . Quelques exemples classiques de réactions SN2 sont donnés dans le schéma 8. Y sel d'amine tertiaire RY + (R')(R")(R"')N (R')(R")(R"')(R)N. si ce carbone est primaire ou à la rigueur secondaire. c’est ce qui explique que le mécanisme SN2 est spécifique des groupes R primaires (et particulièrement méthyle). L’inversion de Walden a pu être mise en évidence pour les composés ayant un groupe R primaire en remplaçant un des deux atomes d’hydrogène par un atome de deutérium. L’attaque du nucléophile est orientée vers le carbone le moins substitué par des groupes alkyles.12. secondaires. L’oxygène du cycle a un effet électroattracteur -I sur les carbones du cycle et joue le rôle de Y.12 Certains cycles tendus comme les oxiranes ou époxydes (schéma 8. 13 Lorsqu’un groupe carbonyle (voir aussi § 8.300 Chimie organique Nu R C CH2 R HO CH2 OH C (puis H+) R' glycol OH R' O R R"NH2 C R et R' = alkyl R' CH2 NHR" β-aminoalcool OH Schéma 8. C’est toujours une cinétique d’ordre 2.15 éthanol YH . C’est le cas de la formation d’amides par action des amines sur les esters (schéma 8.14 Un nucléophile neutre réagira selon un mécanisme semblable. Les chlorures d’acides réagissent selon ce mécanisme lorsqu’ils sont mis en présence d’une base alcaline.15).10) est lié à un groupe partant. O O C R Y Nu O Y C R Nu Nu RCOCl + HO + Cl RCOOH chlorure d'acide Y + C R acide HO R-COO + H2O Schéma 8.1. la réaction de substitution SN2 a lieu mais le mécanisme s’effectue via un anion (schéma 8.14). O O R HNu C C R Y O Y R C + Y HNu HNu O R Nu R1 RCOOEt + ester NH R2 amine secondaire + C R1 + EtOH RCON R2 amide secondaire Schéma 8. C’est un mécanisme dit tétraèdrique en raison de la géométrie de l’intermédiaire. > HO. le solvant n’intervient pas. Lorsque. chacun des ions en les solvatant. Lorsque l’état de transition nécessite une dispersion des charges comme dans 1) et 4).16).> Br. au contraire. et qu’un très court instant.> MeO.> ArO.> H2O > Br.> Cl. Les réactions de substitution Parmi les nucléophiles les plus souvent utilisés. on peut donner un classement en fonction de leur activité dans des réactions SN2 réalisées dans un solvant protique sur un carbone hybridé « sp3 » : RS. effet de l'augmentation de la polarité du solvant sur la vitesse de la réaction types de réactions SN2 1) Nu + R Y -δ Nu R Y -δ Nu R + Y faible dispersion de la charge 2) Nu + R Y -δ Nu R +δ Y Nu R + Y fort création de charges 3) Nu + R Y -δ Nu R +δ Y Nu R + Y fort diminution des charges 4) Nu + R Y +δ Nu R +δ Y Nu R + Y faible dispersion de la charge Schéma 8. selon la nature de la réaction (cas 1 à 4 du schéma 8. la polarité du solvant influe négativement sur la vitesse. On pourrait donc utiliser des solvants polaires ou apolaires mais pour des raisons de dissolution des réactifs. Dans la réaction 3) des charges localisées disparaissent au profit d’un état de transition avec de faibles charges dispersées.> CN. l’état de transition conduit à l’apparition de nouvelles charges comme dans 2).> I.> ArO. en particulier ioniques.> N3.> ArS. son rôle est différent. l’augmentation de la polarité du solvant diminue faiblement la vitesse. l’ordre de réactivité décroissant des nucléophiles est le suivant: EtO.> HO. Et pourtant.> pyridine > AcO.> H2O.16 Il faut faire une différence entre solvants polaires protiques et aprotiques (méthanol et DMF. par exemple) dans leurs effets sur la vitesse de la réaction tout particu- .301 8. les solvants polaires sont souvent utilisés. Lorsque la réaction de substitution s’applique à un carbone d’une fonction carbonyle. la polarité du solvant favorise la réaction et la vitesse augmente.> F.= IQuel est le rôle du solvant dans une réaction de substitution SN2? A priori. en regardant l’équation de la vitesse de la réaction.> N3. Il faut rappeler ici qu’un solvant polaire a pour propriété de favoriser les réactions dans lesquelles des charges localisées sont produites car il entoure de ses molécules. Il ne peut donc pas favoriser une réaction dont le mécanisme ne fait apparaître. des charges dispersées comme dans l’état de transition du mécanisme SN2. ions solvatés Nu Schéma 8. facilitant l’ionisation. la concentration en Nu varie très peu comparée à celle de RY. Des deux effets. Il est préférable que le solvant soit protique car. et peut être considérée comme constante. »).302 Chimie organique lièrement pour les réactions 1) et 3). aprotiques polaires. P. l’acétonitrile. Par contre.3 – Substitution nucléophile monomoléculaire SN1 Le mécanisme SN1 est caractérisé par un mécanisme constitué de deux étapes distinctes (schéma 8. Y R paire d'ions ions dissociés Nu (réaction très rapide) R R solv. la solvatation des états de transition est plus importante par les solvants aprotiques comparée à celle des solvants protiques. la vitesse globale de cette réaction devient alors apparemment du premier ordre (pseudo premier ordre) et ne dépend plus que de la concentration en RY dans ce solvant (vitesse = k’[RY]). les charges +δ portées par les hydrogènes permettent des interactions avec Y chargé négativement avec formation de liaisons « hydrogènes » (§ 5. l’acétone aqueuse. le diméthylformamide. groupe partant électroattracteur -I. l’acide acétique. l’éthanol. Ces types de réactions sont donc favorisés dans les solvants polaires aprotiques comme le DMSO ou le DMF.17). le nucléophile chargé est moins solvaté par un solvant aprotique en comparaison d’un solvant protique.8). comme l’acétone. 1) +δ −δ R Y solvant polaire + Y R (ions solvatés) protique réaction lente impose sa vitesse à l'ensemble du mécanisme +δ −δ R Y H-solv solvant polaire protique H-solv 2) R + + Y R . (DMSO). est ionisée sous l’effet solvatant d’un solvant polaire (indiqué dans certains schémas par « S. est l’ionisation de la liaison C-Y (de RY). contrairement au mécanisme SN2 qui s’effectue en une seule étape. lequel a la propriété de stabiliser les charges localisées (les ions correspondants sont alors dits solvatés c’est-à-dire entourés de molécules de solvant. comme une gangue). dans ce cas. Dans ces cas. Le mécanisme SN1 n’est donc pas concerté.1. Lorsque le réactif nucléophile Nu est aussi le solvant de la réaction. (DMF). mais qui peuvent . Cette liaison déjà fortement polarisée en raison de la nature de Y. réaction équilibrée. Les réactions 2) et 4) sont peu sensibles aux solvants protiques ou aprotiques. le premier prime. lente. le diméthylsulfoxyde. On peut aussi citer d’autres solvants. 8. Les solvants utilisés sont le plus souvent le méthanol.17 La première étape. + Y solv. donc en très grand excès par rapport à RY. avec des halogénures aliphatiques secondaires. on dit alors qu’ils sont solvatés ce qui les rend plus stables. cyano ou trifluorométhyle déstabilisent le carbocation et rendent quasi impossible toute réaction SN1 même dans un solvant très polaire. qui influent sur l’orientation des mécanismes (substitutions SN1. -C≡C-CH2Y. qu’il est tertiaire. ce qui favorise leur formation en nécessitant moins d’énergie. les groupes carbonylés. Par ailleurs. il est très rare qu’un carbone primaire donne lieu à une réaction SN1 sauf si le carbone est lié à un groupe -I comme -OR. ou -N(R1)(R2) susceptible de stabiliser le carbocation par résonance en devenant un groupe +M (schéma 8. Les réactions de substitution orienter parfois la substitution vers SN2 lorsque les deux mécanismes sont possibles. SN2. D’une manière plus générale. en particulier structuraux. et éliminations E1. ces ions sont dissociés puis entourés de molécules de solvant. Les composés Ar2CH-Y et Ar3C-Y donnent toujours lieu à une réaction SN1. La formation du carbocation est favorisée lorsque le carbone a trois substituants. par exemple. R O R O CH2 Y CH2 S. -SR.18 Par contre. car dans ce cas. la gêne stérique qui existe dans la structure tétraèdrique du carbone hybridé « sp3 » facilite le passage à la structure plane du carbocation: les substituants sont alors plus éloignés les uns des autres ce qui diminue leurs interactions. les carbocations tertiaires sont plus stables que les carbocations secondaires et primaires. c’est–à-dire comme solvatant et comme nucléophile. >C=C(R)-CH2Y. en raison des autres paramètres. C’est l’inverse de ce qui est constaté pour le mécanisme SN2. Les composés CH3Y ne permettent pas le mécanisme S N1. sont susceptibles d’effectuer des réactions S N1 et SN2 souvent accompagnées de réarrangements . Sous l’effet du solvant polaire. Il est ici important de noter que l’emploi d’un solvant polaire est une condition absolument nécessaire pour effectuer une réaction SN1 mais insuffisante pour assurer l’unicité absolue de ce mécanisme.18). voir chapitre 11). et propargyliques. Il se forme donc d’abord un carbocation et un anion. une paire d’ions (il s’agit d’une hétérolyse). Il en est de même des halogénures secondaires si le nucléophile est faible comme dans les solvolyses. P. Le mécanisme SN1 est donc favorisé dans l’ordre décroissant de la nature du carbone lié à Y en série aliphatique : tertiaire >> secondaire >>> primaire.303 8. Les dérivés allyliques. + R O Y CH2 Schéma 8. Remarque : on emploie le terme solvolyse seulement lorsque le solvant polaire intervient dans les deux étapes du mécanisme. E2. celle de l’ionisation de la liaison C-Y. L’ionisation par le solvant polaire est lente.19 R2 R2 si R1 = R2 = R3 = Nu mélange racémique . acétylèniques et aryliques dans lesquels le groupe partant est directement lié à un carbone hybridé « sp2 » ou « sp » sont très peu réactifs vis-à-vis des réactifs nucléophiles : la raison invoquée est la très haute électronégativité des carbones hybridés « sp » et « sp2 » par rapport aux carbones hybridés « sp3 » qui a pour conséquence une rétention plus forte du groupe partant. l’attaque de Nu des deux côtés du plan du carbocation conduit à un couple d’énantiomères en quantités égales.19) donc non stéréospécifique. Toutefois. BF4-. C’est donc une réaction de pseudo premier ordre. c’est donc cette étape du mécanisme qui définit la vitesse de la substitution car la seconde étape. La réaction SN1 est donc racémisante (schéma 8. Ph-C(Y)=C<. >C=C(R)-C(Y)=C<. c’est-à-dire à un mélange racémique.4a. Les substrats de nature ionique comme RCO +. et que ses trois substituants sont différents de Nu. peuvent donner lieu à des réactions SN1. Vitesse = k[RY] La formation d’un carbocation intermédiaire dans ce mécanisme a des conséquences importantes sur les résultats stéréochimiques.35). les dérivés vinyliques. consiste en la formation de la liaison entre le carbocation et le nucléophile pour former le composé final de la réaction. La vitesse globale de cette substitution est donc donnée par la partie la plus lente du mécanisme. car dans ce cas. mais cette dernière varie très peu par rapport à celle de RY et peut être considérée comme constante. des exceptions existent : des réactions SN1 sont possibles si le carbone hybridé « sp » ou « sp2 » qui retient le groupe partant Y est lié à un groupe vinylique. le carbocation se trouve stabilisé. Enfin. R1 1) Y C R2 Solvant polaire + R1 C R2 R3 Y R3 Nu 2) R2 R1 C (a) Nu C R1 R3 R3 R3 R1 b (b) C Nu Schéma 8. et ne dépend donc que de la concentration de RY et de celle du solvant polaire.304 Chimie organique (§ 6. très rapide.11. schéma 6. ou à un groupe aryle. Dans le cas où le carbone lié à Y est chiral. dans ce cas. en particulier lorsque l’un des cycles est suffisamment grand pour que le départ de Y produise un système quasi-coplanaire.en solution dans un solvant polaire. secondaire ou tertiaire). sel qui a la propriété de réagir avec les ions halogénures X. on le met en contact avec une solution alcoolique de nitrate d’argent. Dans le cas de la formation d’halogénures d’alkyles par action d’un acide hydrohalogéné sur un alcool (schéma 8. dans certains cas. ROR’. les deux mécanismes coexistent avec prépondérance de l’un d’eux en fonction de la nature de R de RY. de nombreuses réactions concomitantes comme des réactions d’éliminations (chapitre 10) ou des réarrangements de carbocations (dans le cas du mécanisme SN1 avec R secondaire) sont possibles et conduisent.ne peuvent pas être utilisés dans ces réactions puisqu’ils seraient transformés dans le milieu acide en leurs acides conjugués. ROH. c’est le cas du 1-chloroapocamphane (figure 8. Par ailleurs. sont protonés* par le milieu acide sur l’oxygène. Avec le 1-chloroapocamphane. aucun précipité ne se forme. la réaction débute par la protonation de l’alcool et est suivie d’une réaction SN1 (réaction totale nommée SN1cA). la réaction SN1 est possible. Les conditions expérimentales (polarité du solvant. ce qui augmente le caractère électroattracteur du groupe partant et favorise la réaction avec un réactif nucléophile. avec formation de leurs acides conjugués.4 – Mécanismes SN1cA (ou A1) et SN2cA (ou A2) Dans certaines réactions.3). H 2O et NH3 (sous forme de sels). S’il se forme rapidement un précipité de sel AgX. avant que les mécanismes SN1 ou SN2 s’effectuent. . ou SN2 (réaction totale nommée SN2cA) selon la nature de R (primaire. 8. Il est évident que les nucléophiles comme HO.et NH2. Le plus souvent.1. de créer un système coplanaire autour du carbone lié à Y. * Protonés se trouve écrit parfois protonnées.305 8. Par exemple. mais il existe des exceptions. Les réactions de substitution La nécessité de former un carbocation (plan) intermédiaire explique l’impossibilité d’effectuer des réactions de substitution SN1 avec la plupart des composés pontés puisqu’il est impossible. à de nombreux composés. 1-chloroapocamphane Cl Figure 8. le groupe partant du substrat additionne un proton. alors que protonation s’écrit toujours avec un seul n.20). température) favorisent l’un ou l’autre des mécanismes.3 Afin de tester la possibilité d’une réaction de substitution SN1 avec un halogénure RX. Il est rare d’observer expérimentalement des réactions SN1 ou SN2 pures. Celui-ci. la substitution SN1 conduit à un composé instable. et. Le chloroforme est d’abord déprotoné par la base ce qui produit le carbanion trichlorométhyle. En présence de l’amine primaire. par rapport à la base.306 Chimie organique R O H H R Mécanisme SN1cA O H H R O H SP + H 2O R H S N1 R X + X R R tertiaire ou secondaire R Mécanisme SN2cA O H H H R O H H SN 2 X + R R X O + H 2O H R primaire ou secondaire (réaction difficile) Schéma 8. Dans le mécanisme SN1cB. par solvatation. et du premier ordre. . qui.1. d’une part. Ce dernier libère un ion chorure sous l’action du solvant avec formation du dichlorocarbène. perd un anion ce qui transforme le carbanion en un carbène. La réaction totale est d’ordre 2.21). par élimination de deux molécules de chlorure d’hydrogène. la réaction de substitution SN1 est précédée par l’addition d’un proton sur le groupe partant. lequel réagit ensuite avec un nucléophile pour former un dérivé de substitution. la réaction de substitution est précédée du retrait d’un proton ce qui conduit à un carbanion. La formation d’isocyanures par action d’une amine primaire sur le chloroforme en présence de soude est un exemple de ce mécanisme (schéma 8. d’autre part.20 8. fournit l’isocyanure.5 – Mécanisme SN1cB Dans le mécanisme SN1cA présenté précédemment. par rapport au substrat. H 2O Cl C Cl Cl carbanion trichlorométhyle Cl Cl Mécanisme SN1cB Cl solvant C C polaire Cl Cl dichlorocarbène SN1 H Cl C + N Cl R C Cl H amine primaire (nucléophile) réaction d'élimination H Cl N R H résultat de la réaction SN1cB H Cl C N Cl .6 – Mécanismes SN1’ et SN2’ et réarrangements allyliques Les composés allyliques de structures générales R1 R3 C R2 C R4 C Y R5 où Y désigne un groupe partant. Si les conditions sont réunies pour qu’un mécanisme SN1 ait lieu (schéma 8. La facilité de ces réactions s’explique par la stabilité du carbocation allylique qui se forme par solvatation dans le mécanisme SN1. en position(s) 1 ou / et 3.307 8. Ce mécanisme est très favorisé si des substituants adéquats participent à la stabilisation du carbocation comme des groupes alkyles. ou par un phénomène de résonance du complexe activé dans le cas du mécanisme SN2. Elles sont accompagnées de réarrangements allyliques.21 8. Si A’ peut être considéré comme le produit normal de la réaction. Ces réactions sont le plus souvent rapides. Les réactions de substitution Cl déprotonation par la base Cl H + OH C Cl . B’ résulte du réarrangement allylique. selon les conditions expérimentales. il se forme un carbocation allylique mésomère (formes limites A et B).2 HCl R H C N R isocyanure (composé à odeur très désagréable) composé instable Schéma 8.1. . Le réactif nucléophile peut alors réagir sur C-1 ou C-3 en conduisant respectivement à deux composés isomères A’ et B’. Ce cas particulier du mécanisme SN1 est appelé mécanisme SN1’. le plus souvent un halogène. aryles ou halogéno.22). peuvent donner lieu à des réactions SN1 ou SN2. P. Y R4 R3 R1 C R4 C C B R2 R5 Nu Nu R1 R3 C R2 C Nu Nu C R2 R5 A' R3 R1 R4 C Y + R4 C C R5 B' Mécanisme SN2' R1 R3 C R2 C R3 Nu C R2 C R4 Y C R5 R5 S N2 Nu R3 R1 Nu Y C SN2' R1 R4 C C R1 R4 Y C R2 R5 Nu C R2 R3 C R4 + Y C R5 Schéma 8. syn et anti. L’attaque est syn si le nucléophile et le groupe partant sont .308 Chimie organique Mécanisme SN1' R3 R1 C R4 C C R2 R1 R3 C R2 C R5 C R5 A S.22 Le mécanisme SN2 peut aussi avoir lieu sur les composés allyliques. l’attaque du nucléophile est alors orientée vers le C-3 ce qui entraîne un mouvement électronique qui se termine par le départ du groupe partant Y. suivront un mécanisme SN2’. mais dans ce cas. comme un atome de brome. Dans ce dernier cas. deux possibilités d’attaque du nucléophile sont possibles. les réarrangements allyliques sont absents (SN2 pur par attaque du C-1) ou spécifiques de composés présentant une gêne stérique à l’approche « normale » du nucléophile de C-1. Il s’agit alors du mécanisme SN2’. Lorsque le mécanisme SN2’ est impliqué. Le volume du nucléophile peut aussi jouer un rôle. Il attaquera le substrat sur le carbone C-1 ou C-3 le moins encombré. Les composés ayant un carbone C-1 peu substitué (-CH2-Y ou à la rigueur -CHR-Y avec R peu volumineux) donnent lieu à un mécanisme SN2 et ceux qui sont très substitués (-C(R)(R’)-Y) et qui ont un groupe partant Y volumineux. β-insaturé.23 Les dérivés propargyliques (une triple liaison entre C-2 et C-3) conduisent à des résultats de même nature : un allène est le produit de la réaction de type SN2’. mais l’attaque syn est majoritaire (schéma 8.1. Nu attaque syn Y Y attaque anti Nu Schéma 8. R2 R1 C C C R2 R1 Y R3 C C + Y C Nu R3 Nu dérivé propargylique R2 R1 C C C dérivé allènique R2 R1 Br R3 C C + Br C HO R3 HO R2 R1 C O C H C R3 composé cétonique α. voir le mécanisme SNi’ (§ 8. . Les réactions de substitution du même côté du plan « sp2 ». Les deux attaques coexistent dans la plupart des cas.23).8). et inversement pour anti avec deux résultats stéréochimiques différents.309 8.β−insaturé Schéma 8. Si le nucléophile est HO-.24).24 Pour certains cas particuliers du mécanisme SN2’. réarrangement connu sous le nom de réarrangement de Meyer-Schuster (1922) (schéma 8. le produit de la réaction est un composé cétonique α. 25 Cette substitution nucléophile interne s’effectue en deux étapes (schéma 8. la pyridine forme un sel avec le substrat ce qui libère un ion chlorure qui attaque alors le cation (schéma 8.26). d’une part.1. Ce résultat est l’inverse de celui observé lorsque la réaction est effectuée en présence d’une base comme la pyridine. Deux exemples importants (schéma 8. et d’autre part. Les composés de départ résultent respectivement de l’action du chlorure de thionyle et du phosgène sur un alcool. du passage d’un chlorosulfite d’alkyle à un chlorure d’alkyle avec formation d’anhydride sulfureux.7 – Mécanisme SNi (substitution nucléophile interne) Il s’agit d’un mécanisme relativement rare. de la décomposition de chloroformiates d’alkyles en chlorure d’alkyles. L’anion ainsi formé réagit ensuite sur le carbocation mais par le côté opposé à l’atome chargé pour donner le résultat de la réaction. Dans ce cas. préparations de chlorosulfites et chloroformiates d'alkyles: R-OH + SOCl2 R-O-SO-Cl + HCl chlorure de thionyle R-OH + COCl2 R-O-CO-Cl + HCl phosgène O 1) R O O + R Z O Z Cl Cl Z = S chlorosulfite d'alkyle Z = C chloroformiate d'alkyle O 2) R Z O (rétention de configuration) R Cl Cl + O Z O Z = S anhydride sulfureux Z = C anhydride carbonique Schéma 8. C’est une réaction d’ordre 1. La première est commune avec celle d’une substitution SN1.310 Chimie organique 8. Ce mécanisme conduit donc à une rétention de configuration. . le groupe partant. L’atome de chlore prend la position occupée dans le composé de départ par le groupe partant.25) sont connus.25). Le mécanisme n’est pas SNi. avec formation d’anhydride carbonique. Il s’agit. dans la mesure où la réaction est rapide et ne permet pas un réarrangement du carbocation. l’ionisation de la liaison qui lie le groupe R au reste de la molécule. 1. C C C H2C OH + C C C H2C OSOCl SOCl2 O H2C O S C C C Cl C CH2 CH2 O + SNi C O S Cl SNi' Cl C C H2C Cl Schéma 8. Les réactions de substitution R1 + C-O-S-Cl R2 R3 R1 N O C R2 N R1 Cl C R2 S O O N S .7) sont effectuées avec des alcools β.26 8.27). ClSO2-) peut attaquer le carbocation mésomère R+ résultant.8 – Mécanisme SNi’ (substitution nucléophile avec réarrangement) Lorsque les réactions SNi (§ 8.27 C CH2 . Dans ce second cas. l’anion réactif formé dans la première partie du mécanisme SNi (dans l’exemple proposé. γ-insaturés. le mécanisme est appelé SNi’.311 8. Il s’apparente au mécanisme SN1’ (schéma 8.1. Cl O R3 R1 (inversion de configuration) + SO2 Cl O + R2 N R3 R3 Schéma 8. soit sur le carbone auquel il était lié. soit sur le carbone éthylènique situé en position γ. 1. Ce dernier.28 En milieu acide (schéma 8.10 – Substitution nucléophile sur >C=O Les substitutions nucléophiles sur un carbone doublement lié à un atome d’oxygène. OH.7. dans la formation des organomagnésiens par action du magnésium sur les halogénures d’alkyles. BF3-. Il a été présenté au paragraphe 6. SN2 est caractéristique des composés carbonylés substitués par un groupe Y.28) le nucléophile attaque le carbone avec ouverture de la double liaison (1) pour former un intermédiaire tétraèdrique d’où le nom du mécanisme. parmi d’autres) (2). Plusieurs mécanismes peuvent être observés: SN1 est réservé aux composés ioniques comme RCO+. puis le nucléophile attaque le carbone chargé positivement (2). Le composé ainsi formé. en particulier. C’est une addition du réactif nucléophile Nu sur le groupe carbonyle suivie d’une élimination du groupe partant Y. le groupe carbonyle est d’abord protoné (1). Nu 1) Nu Y C C O O Nu 2) C O Y Nu Y C + Y O Schéma 8. de soufre ou d’azote sont des réactions importantes. 8. d’ordre 2 présente deux étapes en milieu neutre et quatre en milieu acide. .29).9 – Mécanisme SET (Single Electron Transfer) Ce mécanisme qui est une substitution nucléophile. En milieu neutre (schéma 8. bon groupe partant comme Cl.12. la double liaison se reforme avec élimination de Y(qui peut être un halogène. NH2.1. La présence de l’acide augmente la vitesse de la réaction.312 Chimie organique 8. l’ensemble représentant une substitution. OCOR. Il intervient. le mécanisme SET est rare tandis que le mécanisme avec intermédiaire tétraèdrique est le plus souvent rencontré. fait intervenir un radicalanion. instable est ionisé : il se forme un carbocation stabilisé par résonance et un contre-ion Y(3). Dans la seconde étape. Le carbocation élimine un proton pour former le composé substitué par le nucléophile (4). CO-R H + O-CO-R H O R N C R N O O O C R C N OH2 O O O-CO-R 2 RCOOH Schéma 8. catalyseur N A) R N O.30 + N . Les réactions de substitution Y C 1) Y Y C C + H O O O H H Nu Nu Nu 2) Y C C 3) Y Nu C C .313 8.Y O H H H H Nu O O O O Y C Nu H Nu 4) C C O O + H H Schéma 8.30) comme dans le cas de l’hydrolyse des anhydrides en présence de pyridine (ce processus est appelé catalyse nucléophile).CO-R C R O H B) R H O C C O .29 La réaction peut être catalysée par des réactifs nucléophiles ce qui conduit alors à deux mécanismes avec intermédiaires tétraédriques successifs A puis B (schéma 8. elles doivent donc être évitées dans cette réaction de substitution.11a – Les composés halogénés Les monohalogénures d’alkyles. La formation d’acides à partir de 1.HX C X X C C OH O O .1-trihalogénures (iodures. et acides (schéma 8.1). la présence d’ions hydroxydes n’est pas nécessaire. par contre.14. les gem-dihalogénures et les 1.1.5. C X HO C OH C X H H2O C -X X X C X HO X X HO C OH -H C O H H O . Si le solvant utilisé est la N-méthyl-pyrrolidone ou le HMPT (hexaméthylphosphotriamide.11 – Substitutions nucléophiles par l’eau 8.1). § 10. .1-trihalogénures sont tous hydrolysés respectivement en alcools.1.31). bromures ou chlorures) par hydrolyse est peu utilisée en raison de la difficulté d’obtention des composés de départ. Les halogénures d’acides sont très facilement hydrolysés en acides correspondants à température ordinaire (schéma 8.314 Chimie organique 8. nécessaire pour la formation d’aldéhydes ou de cétones par hydrolyse des gem-dihalogénures.31 La formation d’alcools à partir d’halogénures nécessite dans la plupart des cas la présence des ions hydroxydes sauf pour les halogénures d’allyle ou de benzyle. Il y a substitution d’un halogène par OH suivie de l’élimination de HX. O=P(N(CH3)2)3 ). La formation d’acide formique à partir de chloroforme par action de la soude s’effectue via le dichlorocarbène qui réagit avec l’eau (§ 6.HX C H2O .32).1. aldéhydes ou cétones. N Me O N-méthylpyrrolidone Un milieu acide ou basique est.1.HX X X O C OH Schéma 8. Les aldéhydes ainsi formés peuvent réagir en présence de bases fortes (formation d’aldols et réaction de Cannizzaro. Dans le cas contraire. Les chlorures de sulfonyles. avec quelques exceptions SN2. qui apporte au milieu un bon nucléophile HO.1. RSO2Cl sont très facilement hydrolysés par l’eau seule en acides sulfoniques correspondants. R-COOR' + H2O H R-COOH + R'OH (hydrolyse acide) R-COOR' H2O + HO R-COO (saponification) + R'OH Schéma 8. C’est une réaction réversible en milieu neutre ou acide. comme la soude ou la potasse. 8. L’hydrolyse étant une réaction équilibrée. comme la pyridine.32 C’est une réaction exothermique. . le groupe OR’ est rarement un bon groupe partant (moins bon que X des halogénures d’acides ou OCOR des anhydrides d’acides) ce qui nécessite. la réaction n’est plus une saponification.315 8. crée un groupe partant plus électroattracteur. il est souvent préférable d’effectuer une saponification car la réaction est alors orientée vers la droite puisque le sel aussitôt formé ne permet plus la réaction inverse. R-SO 3H. OCOR remplacé par Cl). RCOOR’. qui. soit la présence d’une base.11b – Des esters et des anhydrides Les esters d’acides inorganiques et organiques sont hydrolysés pour former dans les deux cas un acide et un alcool (schéma 8. en protonant l’oxygène du carbonyle. et elle est réversible. Dans le cas des esters d’acides carboxyliques. plus l’hydrolyse est aisée. Par contre. Les réactions de substitution R-CO-Cl + H2O RCOOH + HCl Schéma 8.33 Plus l’acide est fort. ou un milieu basique (présence d’un bon nucléophile comme HO -). et tétraédrique dans les autres cas (schéma 8. Le mécanisme est S N1 en milieu fortement polaire ou en absence de nucléophile puissant. il est nécessaire d’utiliser un milieu acide (ce qui crée par protonation un groupe partant plus électroattracteur). La conservation de ces composés doit donc être effectuée en milieu anhydre. soit un milieu acide fort.33). si l’hydrolyse est catalysée par des enzymes. réaction irréversible.(saponification). par des ions métalliques ou divers nucléophiles non chargés. spécifique de la soude ou de la potasse.30. il s’agit de AAc1. et en milieu basique de BAC1. de l’uni ou bimolécularité de la réaction (indiqué par 1 ou 2 dans l’appellation des mécanismes ci-après) et de la nature de la liaison hydrolysée. Tous ces mécanismes se font avec rétention de configuration du groupe R’ provenant de l’alcool. Tous ces mécanismes ont été observés à l’exception de BAC1. BAC2. . et BAL2. Les mécanismes BAL1 et BAC1 ne sont pas catalysés. AAC2. SN2 et substitution avec intermédiaire tétraédrique qui se diversifient en huit mécanismes particuliers proposés par Ingold (schéma 8. Mécanisme O AAC1 SN1 R-C-OR' H R volumineux O O lent R-C-OR' H Tétraédre R-C-OR' H le plus fréquent en milieu acide R-C-OR' H2O OH H OH R-C-O(H)R' OH R-CO-OH RC-OH OH OH2 R-C-OR' lent OH R-C-OH2 lent R'OH O AAC2 O H2O R-C OH R-C-OH R'OH lent R-CO-OH H H O AAL1 SN1 R-C-OR' si R' susceptible de former un carbocation stable AAL2 H R-C-OR' OH O R-C-OR' SN2 H O R-C-OR' (très rare) R-C=O lent OH H2O + H2O R' SN1 R-C-OR' Tétraédre R-C-OR' R'-OH2 lent R'-OH H O R'-OH + R'-OH2 R-C-OH H H O O BAC1 H2O O + OR' R-C HO R-C-OH + OR' R-COO + R'OH (jamais observé) O BAC2 le plus fréquent en milieu basique OH HO (très rare) R-COO + R'OH (saponification classique) HO SN1 R-C-OR' SN2 R-C-OR' si R' susceptible de former un carbocation stable BAL2 O R-C-OH + OR' C OR' O O O BAL1 R R-C-O + R' H2O R'-OH2 HO R'OH + H2O O HO R-COO + R'OH (avec inversion de configuration du groupe R') Schéma 8. Les mécanismes AAL2 et BAL2 n’ont été observés que très rarement. Dénomination Ingold Type de mécanisme Cat. contrairement à leurs appellations. AAL2.34) : ils sont fonctions du milieu.316 Chimie organique Trois mécanismes généraux d’hydrolyse des esters sont possibles en milieu acide ou basique : SN1. à l’exception de BAL2 qui conduit à une inversion de configuration. BAL1. AAL1.34 Les mécanismes présentés en milieu acide sont réversibles et correspondent de la droite vers la gauche à des réactions d’estérification. En milieu acide. les mécanismes AAL1 et BAL1 (seulement en milieu très faiblement basique) sont possibles. mécanismes faisant intervenir un intermédiaire tétraédrique. P. Ce mécanisme s’applique aussi lorsque l’acide utilisé comme catalyseur est fort comme l’acide sulfurique concentré et que l’ester est un acétate d’alcool primaire ou de phénol. Les réactions de substitution Les mécanismes les plus fréquents sont AAC2 et BAC2. l’eau les hydrolyse sans catalyseur (schéma 8. réaction suivie de la rupture de la liaison entre groupe acyle et OR’.317 8. l’hydolyse peut avoir lieu sans catalyseur. et aussi entre atome central (S. P. (substitution nucléophile au carbone saturé). N…) et OR (substitution nucléophile de S.36). Les anhydrides d’acides sont relativement plus résistants à l’hydrolyse que les chlorures d’acides correspondants.36 H2 O ROH + acide . N…). Si R’ est susceptible de former un carbocation stable (groupe tertiaire ou stabilisé par résonance).35 Le mécanisme s’effectue via un intermédiaire tétraédrique en milieu neutre. et du carbone du même groupe par l’ion hydroxyde dans le second cas. Si l’acide est fort. le plus souvent entre le carbone du groupe R et l’oxygène de R-O. Selon les conditions expérimentales. la rupture de liaison s’effectue à différents endroits de la molécule.35) en un seul acide (dans le cas d’un anhydride simple. SN1 en milieu acide. la présence d’un acide ou la saponification par la soude ou la potasse permettent l’hydrolyse.4. Les esters des acides inorganiques sont hydrolysés plus ou moins facilement en libérant l’acide et un alcool (schéma 8. R O SO2-OR sulfate d'alkyle R O SO3H sulfate acide d'alkyle R O SO2R' sulfonate d'alkyle R O N=O nitrite d'alkyle R O NO2 nitrate d'alkyle R O P(=O)-(OR)2 phosphate d'alkyle Schéma 8. Le mécanisme AAC1 est spécifique de l’hydrolyse des esters dérivés d’acides RCOOH avec R volumineux comme l’acide 2. H O O O R C O C R O R C O C R R C O C O O H O O H H R 2 R-COOH O H H Schéma 8.30). avec attaque de l’oxygène du groupe carbonyle par le proton dans le premier cas. et par un mécanisme faisant intervenir deux intermédiaires tétraédriques en présence d’une base alcaline ou d’une base organique (schéma 8. comme pour les sulfates d’alkyles. RCO-O-COR’). (RCO)2O ou un mélange de deux acides (dans le cas d’un anhydride mixte. Pour les autres esters. toutefois.6-triméthylbenzoïque. 318 Chimie organique Les sulfonates d’alkyles R-O-SO2-O-R sont hydrolysés par une substitution nucléophile au carbone.1. secondaires et tertiaires sont hydrolysés en acides. et respectivement.11c – Des amides Les amides primaires. On pourrait ajouter ici le cas des halogénures d’alkyles RX qui sont les esters d’acides halohydriques (ROH + HX ) RX + H2O) (§ 8. ammoniaque. et plus particulièrement l’action de la soude.38). AAL2. Les mécanismes proposés sont analogues à ceux décrits pour les esters (schéma 8. R O C NH2 + NO2H H R O C N Schéma 8.12d). selon le cas. milieu basique O R1 C O R2 R1 N R3 O R2 C R1 N C R3 HO O R2 + OH N R1 R3 C R2 + HN R3 O HO milieu acide R1 O H R2 C N R3 H O C R1 O R2 N R3 R1 R2 C R1 N H H O R2 R1COOH C NH R3 + R3 O O O H H H H H R2 H2 N R3 Schéma 8. amines primaires et secondaires. Le plus classique est BAC2 en milieu basique. d’ammonium ou d’amines. Leur hydrolyse. Les réactions sont irréversibles en milieux acide et basique en raison de la formation. a été traitée lors de la présentation des mécanismes SN1 et SN2.38 N H2 O RCOOH + N2 .37). l’action de l’acide nitreux ou du chlorure de nitrosyle les transforme en sels de diazonium qui sont facilement hydrolysés en acides (schéma 8. et AAC2 en milieu acide avec passage par un intermédiaire tétraédrique (schéma 8. avec rupture de liaison R-O. on peut utiliser le peroxyde de sodium dans l’eau. Lorsque l’hydrolyse est particulièrement difficile.37 Les mécanismes AAL1. Dans le cas d’amides primaires.34) avec les mêmes remarques pour leurs spécificités. tandis que les nitrites R-O-N=O sont hydrolysés par une substitution nucléophile à l’azote avec rupture de la liaison N-O. BAL1 et BAL2 n’ont jamais été observés. 8. La présence d’un catalyseur acide ou basique et un long chauffage sont le plus souvent nécessaires. de sels d’acides. 39 8.40). sauf si le solvant est le HMPT.39).1.319 8.11d – Les époxydes Les époxydes ou oxiranes sont des cycles tendus qui s’ouvrent assez facilement par hydrolyse en milieu acide ou basique en formant des glycols ou vic-diols. H2O R SO2-NR2 R-SO2-OH + NH2(R2) H Schéma 8. L’hydrolyse en présence de potasse à chaud est possible.40 . Les réactions de substitution Les sulfonamides R-SO2-NR2 résistent à l’hydrolyse alcaline à froid. Le carbone le moins substitué est celui qui est attaqué par le réactif nucléophile conduisant à une inversion de configuration relative de ce carbone. milieu neutre ou basique O C R1 C R1 H O H C C OH R2 R3 R2 HR 3 HO SN2 inversion de configuration relative H milieu acide H O O C R1 R2 C R3 O ou S N1 H H C R1 H H C R2 R1 H O C C H H R2 R3 R3 O H H racémisation H O R1 R2 C(OH) C H R3 Schéma 8. le mécanisme est de type SN2 (schéma 8. L’hydrolyse acide est plus facile (schéma 8. En milieu neutre ou basique (milieu : DMSO). La réaction peut avoir lieu en ajoutant de la potasse au mélange d’halogénure et d’alcool.1.42 Les halogénures très réactifs comme les halogénures de trityle. 8. Avec les alcoolates secondaires. . qui permettent d’orienter l’ouverture de l’époxyde.1.41 L’action des alcoolates primaires et des phénates sur les halogénures d’alkyles. donc celui qui est le plus substitué par des groupes alkyles. et quelquefois SET (schéma 8. des réactions d’élimination sont les principaux résultats. Par une réaction « SN2 » en milieu acide. le mécanisme SN1 est théoriquement favorisé (bien que le mécanisme SN2 soit aussi parfois observé). les rendements sont faibles. La formation d’un carbocation intermédiaire conduit à une racémisation du carbone attaqué.41). Dans le cas des phénates. dans le DMSO.12a – Les halogénures R-O-R' + X R-X + O-R' Schéma 8. l’attaque a lieu sur le carbone le plus substitué. soit dans le DMSO. et avec les alcoolates tertiaires. ou leurs dérivés substitués sur les cycles réagissent directement sur les alcools selon un mécanisme SN1.42). des réactions d’alkylations des carbones cycliques sont possibles (schéma 8.320 Chimie organique En milieu acide (souvent l’acide perchlorique). soit dans l’alcool dont dérive l’alcoolate. Ph3CX.12 – Substitutions nucléophiles par les alcools et alcoolates 8. Ce sont donc les conditions expérimentales. Le carbone attaqué par l’eau est celui qui permet de former le carbocation le plus stable lors de l’ionisation d’une liaison C-O. OH R R R R HO O O O . permet la préparation de nombreux éthers symétriques ou dissymétriques (réaction de Williamson) selon un mécanisme SN2. ions ambidents. acides ou basiques.H 2O R'X OH O O O-R' + R' R R R R + R' H R' Schéma 8. Le groupe R peut être primaire. secondaire. schéma 8. Les réactions de substitution Les gem-dihalogénures et les 1. en milieu basique (schéma 8.2 X X + 3 R'-O . X + C X C C OR' R'-O OR' X OR' R'-O . dans un mélange d’acétonitrile et d’eau. HgCl2. Le di-éther (appelé MOM éther) ou le tri-éther (appelé MEM éther) formé est déprotégé par l’action de l’acide chlorhydrique à chaud.44).43).3X C OR' OR' X acétal orthoester Schéma 8. CH3-O-CH2-Cl + O-R' CH3-O-CH2-O-R' chlorométhyl méthyléther CH3-O-CH2-CH2-OCH2Cl + + Cl MOM éther O-R' CH3-O-CH2-CH2-O-CH2-O-R' + Cl chlorométhyl 2-méthoxyéthyl éther MEM éther Schéma 8. des acétals et des orthoesters (schéma 8. Cl C Cl C OH chlorhydrine base C . la réaction est celle de Schotten-Baumann (1886).1-trihalogénures fournissent par cette réaction. Lorsqu’il s’agit de la soude ou de la potasse. tertiaire.46).43 La réaction de Williamson a été utilisée pour protéger des alcools : les alcoolates sont traités par le chlorométhyl méthyléther ou le chlorométhyl 2-méthoxyéthyléther (schéma 8. une base est ajoutée au milieu pour retenir l’halogénure d’hydrogène libéré dans la réaction (souvent la pyridine qui sert aussi dans ce cas de catalyseur nucléophile. La réaction est très souvent exothermique.base-H C O SN2 . soit par un mécanisme SN1.45).44 Des analogues soufrés comme les méthylthiométhyl éthers (MTM éthers) sont aussi utilisés : la déprotection est alors effectuée par le chlorure mercurique. soit via un intermédiaire tétraédrique. et respectivement.Cl O époxyde Schéma 8. Une réaction intramoléculaire a lieu avec les chlorhydrines qui conduit à la formation des époxydes. ou aromatique.45 Les halogénures d’acides réagissent directement sur les alcools pour former des esters.321 8. .1. Dans de nombreux cas. 46 L’utilisation d’alcoolates a lieu lorsque l’un des groupes R ou R’. Le phosgène réagit sur les alcools en fournissant d’abord des chloroformiates. des carbonates (schéma 8. puis.2 HCl O C OR carbonate Schéma 8. ou les deux. est (ou sont) très encombré(s). si l’alcool est en excès.47 . OR ROH Cl O C .HCl Cl chloroformiate O C Cl phosgène gaz très toxique OR 2 ROH .47).322 Chimie organique SN1 solvant RCOX RCO R C R'OH RCOOH + XH polaire O O S N2 + X X R O C X R O O O R' R' H R' O X R N catalyse nucléophile O C R X C intermédiaire tétraédrique O O R C R + HX N N pyridine N O C N R H X R' H HN + C O O R' O R' H mécanisme tétraédrique O SN2 R C + HX C sel de pyridinium Schéma 8. N'-carbonyldiimidazole Figure 8.N’-carbonyldiimidazole. R SO2Cl + R'OH base . comparable à celui du chlore. C’est un solide plus facile à utiliser que le phosgène qui est un gaz à température ordinaire. et plus facilement avec les alcools primaires.1. .12b – Les alcools Lorsqu’un alcool est traité à chaud par une faible quantité d’acide sulfurique. il se forme un éther.4 De même.HCl R-SO2-OR' Schéma 8. pour former des esters sulfoniques. la formation d’esters par réactions avec les alcools (figure 8. et en particulier. Les alcools primaires suivent plutôt un mécanisme SN2 et les alcools tertiaires. par exemple.48). en présence d’une base (souvent la pyridine qui agit comme un catalyseur nucléophile).48 Les acides sulfoniques sont aussi transformés en esters sulfoniques par l’action des orthoformiates. un mécanisme SN1 qui est souvent en forte compétition avec un mécanisme d’élimination conduisant à un alcène. Les alcools secondaires peuvent suivre l’un ou l’autre mécanisme (schéma 8. R-SO 2-OR’ : c’est la principale méthode de leur préparation (schéma 8.4).49).323 8. les N-acylimidazoles ont un comportement proche de celui des chlorures d’acides : ils les remplacent dans de nombreuses réactions. Les chlorures de sulfonyles R-SO2Cl réagissent avec les alcools. le N. car l’imidazole a un très fort caractère électroattracteur -I. sans solvant. N N RCO-Cl R-CO N N N chlorure d'acide C N O N-acylimidazole Cl-CO-Cl phosgène N. 8. Les réactions de substitution Certains composés se comportent comme le phosgène. les deux mécanismes SN1 et SN2 sont possibles (B). H (A) R O H + H . HSO4 R mécanisme SN2 : (alcools primaires voire secondaires) H H R O H .50).50 . Là encore. HSO4 R + H2O + HSO4 H R R + H2O + HSO4 + H2 O R O R . le plus souvent. HSO4 R O R + H2SO4 + H2O mécanisme SN1: (alcools tertiaires voire secondaires) H R O H . élimination d'un proton avec formation d'alcène Schéma 8. HSO4 R O R + H2SO4 + H2O O H si R tertiaire. HSO4 H R O H SN2 R-O-SO3H + H2O sulfate acide d'alkyle HSO4 (B) R R O SO2 OH SN 2 R R O H + O-SO2-OH O H R-O-R + H2SO4 Schéma 8. HSO4 R O H + H2O R O R . présent dans le milieu (A) (schéma 8. HSO4 O H O H .324 Chimie organique H2SO4 2 ROH R-O-R + H2O H R + H . HSO4 R O H .49 Une autre réaction possible est la formation intermédiaire d’un sulfate acide d’alkyle par attaque de l’alcool protoné par l’ion HSO4-. Ce composé est ensuite attaqué par une seconde molécule d’alcool pour former l’éther. à côté de dicyclohexylurée (DCU) (schéma 8.325 8. La dicyclohexylcarbodiimide (DCC) permet aussi la déshydratation de deux molécules d’alcool pour former un éther. des phénates et de nombreux autres composés comme les amines primaires ou secondaires (il remplace souvent l’iodure de méthyle dans ces réactions). R O SO2 O-R R'-O-R + O-SO2-OR R'O Schéma 8. selon un mécanisme proche de celui de l’estérification en présence de ce réactif (§ 8.52 Si un mélange d’alcools autres que tertiaires est mis en présence d’acide sulfurique en faible proportion. deux symétriques et un dissymétrique. SO4R2 peut être produit à la place de l’éther ou du sulfate acide d’alkyle (schéma 8. un sulfate d’alkyle.54). H R O SO2 O R + sulfate acide d'alkyle H R O H H2O + H sulfate d'alkyle R O SO2 O . Le sulfate de méthyle permet la méthylation très facile des alcoolates. H Schéma 8. en présence ou non de HBF4 comme catalyseur (schéma 8.53 Les éthers méthylés résultent aussi d’une réaction SN1 ou SN2 entre le diazométhane et un alcool.52). Les réactions de substitution Si la quantité d’acide est augmentée (un équivalent d’acide pour deux équivalents d’alcool) et les conditions expérimentales adéquates (en particulier. à chaud. 2 R-OH + N C N R-O-R + DCC NH CO NH DCU Schéma 8.53). R O SO2 OH R O SO2 O .51).1. . le chauffage). trois éthers sont produits.51 L’action d’un alcoolate alcalin sur un sulfate d’alkyle conduit à un éther par une réaction de substitution nucléophile (schéma 8.12d). H2 O CH2 1.4-diol tétrahydrofurane THF Schéma 8.54 Les 1.2-diols pour former des 1. La distillation de l’alcool dont dérive l’acétal. 1.12c – Les éthers et époxydes L’action d’un alcool sur un groupe éther ou transéthérification (passage d’un éther à un autre) est une réaction équilibrée qui a lieu surtout avec les acétals. OEt O HO CH2 + R CH HO CH2 OEt R CH2 CH O CH2 1.55).4-.1. ou 7 chaînons (en présence d’un catalyseur acide.56 + ArO + 2 EtOH . CH2OH CH2OH CH2 Nafion-H O . 6.326 Chimie organique CH2N2 + ROH ROCH3 + N2 diazométhane H 2C N N H3 C N + R-O-H N SN 2 H3C N N .56).3-dioxolane R R O Ar + O R'O R' Schéma 8. permet de déplacer l’équilibre vers la droite. sitôt formé.55 8.6-diols donnent lieu à une réaction intramoléculaire qui conduit à des hétérocycles monooxygénés à 5.3-dioxolanes (schéma 8.5. le Nafion-H. résine perfluorée acide (commercialisée sous forme de sel de potassium) (schéma 8. RO R-O-CH3 + N2 RO Schéma 8. lesquels réagissent facilement avec les 1.et 1. O C C C C C C R-O β-hydroxy éther H N NH3 ROH.57 8. Les aziridines réagissent de manière analogue.11b.12d – Les acides La réaction des acides sur les alcools primaires et secondaires ou estérification est une réaction équilibrée qui est l’inverse de la réaction d’hydrolyse présentée au § 8. R-COOH + H R'OH R-COOR' + H2O H H R C OH H R C H O R C R H H R C H R' C O O H R C H O H R C O H -H + R R' Schéma 8.58 est le plus classique (via un intermédiaire tétraédrique). ou catalysée par l’alumine Al2O3. Les réactions de substitution L’action d’un alcoolate sur un alkyl aryl éther permet aussi une transéthérification.1. en milieu acide. La réaction peut aussi avoir lieu en milieu acide. en formant des β-amino éthers.1. En raison de la tension de cycle.58 C O O H O H H2O O O O R' O H O O H H O O O R' O . Les mécanismes sont donc les mêmes.57). les époxydes ou oxiranes sont ouverts par l’action des alcoolates ou des alcools (mécanismes S N1 ou SN2) pour former des β-hydroxy éthers (schéma 8.327 8. Celui présenté dans le schéma 8. H C H R-O époxyde ou oxirane RO OH O C C C RO β-amino éther aziridine Schéma 8. et ainsi d’obtenir de l’alcool quasiment anhydre par distillation du mélange. et celui de déshydratant. ajouter au milieu un déshydratant ou un composé qui retient l’eau comme les tamis moléculaires (solides insolubles dans les solvants organiques et qui contiennent des cavités dont les dimensions ne peuvent contenir et retenir que des molécules de tailles proches. on prépare souvent les esters correspondants par une méthode qui fait intervenir le dicyclohexylcarbodiimide (DCC) (schéma 8. il s’agit de l’alcool. Afin de déplacer l’équilibre de cette réaction vers la droite. Par exemple. Les alcools tertiaires en présence d’acide fort forment des carbocations qui perdent un proton pour former des alcènes (réaction d’élimination). Il peut alors se former un nouvel azéotrope de constitution différente. seul. si la quantité d’eau n’est pas trop importante.12a). HCOOH. Le DCC joue à la fois le rôle d’activateur du groupe carbonyle de l’acide.328 Chimie organique La catalyse est acide (H2SO4 ou acide p-toluènesulfonique. Lorsque les quantités d’acide sont très faibles ou la réaction d’estérification classique difficile. → Éliminer l’eau formée dans le milieu réactionnel : on peut. soit l’extraire par une distillation azéotropique (voir la note ci-dessous) ce qui est possible avec l’éthanol et les alcools plus lourds mais pas avec le méthanol (point d’ébullition trop faible). Si la quantité de benzène ajouté est trop élevée. quasi absolu (à 99. Note : un azéotrope est un mélange en phase vapeur constitué de plusieurs composés en proportions bien définies. l’eau.1. le benzène et l’éthanol forme un azéotrope qui bout à 65 °C. il se forme ensuite un azéotrope éthanol-benzène. avant que l’éthanol. acide organique fort soluble dans de nombreux solvants). Il existe jusqu'à ce que l'un de ces constituants soit épuisé dans le mélange liquide en cours de distillation. de volume plus élevé). → Extraire l’ester par distillation. par exemple l’eau. . La présence de ce catalyseur est inutile pour certains acides très réactifs comme l’acide trifluoroacétique. et en raison de la loi d’action de masse. ou l’acide formique. TsOH. Il ne se forme que durant la distillation de ces composés et se comporte comme un corps pur en ayant un point d'ébullition constant. mais pas un alcool. si son point d’ébullition est suffisamment faible.59) et qui permet d’obtenir les esters avec d’excellents rendements. Les phénols réagissent difficilement et il est préférable de préparer les esters phénoliques à partir des chlorures d’acides (§ 8.99°) distille. plusieurs méthodes sont utilisées : → Mettre un large excès d’un des deux réactifs : le plus souvent. ce qui permet d’extraire l’eau présente dans l’éthanol (Eb : 78 °C) si on lui ajoute du benzène. CF3COOH. soit. composé insoluble dans la plupart des solvants et qui peut donc être filtrée.329 8.59 Le DCC réagit d’abord avec l’acide pour former une molécule analogue à un anhydride mixte ce qui active le groupe carbonyle provenant de l’acide (d’autant plus que le groupe imino est protoné) et rend l’attaque du nucléophile. L’eau provenant de l’estérification est captée par le DCC et se retrouve entièrement dans la dicyclohexylurée (DCU). .60). Les J.et G-hydroxy acides forment des lactones par estérification intramoléculaire en milieu acide (schéma 8. l’alcool dans ce cas. particulièrement aisée. D’autres méthodes plus complexes permettent de rendre l’estérification plus aisée : elles dépassent le cadre de cet ouvrage. Les réactions de substitution N C N NH C NH O dicyclohexylcarbodiimide dicyclohexylurée (urée: H2N-CO-NH2) R-COOH + N C N R-COO NH C N + R-COO + NH C N NH C N O C O équivalent d'un anhydride mixte R NH C N H NH C NH O C O O C O R R H NH C H O R' NH O C O R'-O-C=O + NH C NH R -H O R R'-O-C=O R Schéma 8. Ce mécanisme peut conduire à des amides si le nucléophile est une amine primaire (la présence d’un acide dans ce cas n’est pas nécessaire). De nombreuses autres méthodes existent. ce qui diminue les possibilités de réactions intermoléculaires.62).61). agitées dans du chloroforme (A) (schéma 8.1. Les E-lactones sont préparées à partir de solutions aqueuses de sels alcalins de β-chloro acides. R-O-NO.330 Chimie organique H COOH C OH NaOH COONa O OH O γ−hydroxy acide γ−lactone Schéma 8. Ils sont obtenus aussi par une réaction entre un alcool et un autre nitrite d’alkyle (schéma 8. NO2Na + HCl + ROH R-ON=O + R'OH R-O-N=O + NaCl + H2O R'-O-N=O + R-OH Schéma 8. concentré. les H-hydroxyacides peuvent être cyclisés en effectuant la réaction à très haute dilution. l’acide sulfurique (schéma 8. ce qui est équivalent à une transestérification (§ 8. H3C CH2 (A) H3C COONa CH H2O HCCl3 Cl H2C C O + NaCl C O β-chloro butanoate de sodium (B) CH CH2 O 4-méthyl-β-lactone H2 C + H-CHO O cétène méthanal ou formaldéhyde CH2 C O β-lactone Schéma 8. entre autres. Toutefois. Elles peuvent aussi résulter de l’action d’un cétène sur un composé carbonylé : la β-propiolactone appelée β-lactone résulte de l’action du cétène sur le méthanal (B).50).61 Les esters d’acides inorganiques peuvent être préparés par des réactions très variées.62 Les sulfates acides d’alkyles ou monoesters d’acide sulfurique R-O-SO3H sont obtenus en traitant les alcools par l’anhydride sulfurique. à une solution hydro-alcoolique de nitrite de sodium. Les nitrites d’alkyles. sont obtenus en ajoutant un acide minéral fort comme l’acide chlorhydrique ou sulfurique.12f). isomères des nitroalcanes. ou l’acide chlorosulfonique. HSO3Cl. .60 Cette simple réaction n’est pas applicable à d’autres hydroxy acides car elle conduit alors à des polymères (polyesters) par réactions intermoléculaires. 63). les acides hydrohalogénés. Le sulfite d’éthyle. Les réactions de substitution Les sulfates d’alkyles.64 Les trialkyl phosphites. résultent de la réaction du trichlorure de phosphore sur les alcools en présence d’une amine tertiaire comme la N. (RO)2SO.51).64). schéma 8. résultent de diverses réactions selon leur nature dont l’une consiste à chauffer un alcool primaire en présence d’acide sulfurique (schéma 8. RO-SO2-OR. mais aussi par addition d’acide sulfurique à l’éthylène (B) ou par réaction d’oxydation du sulfite d’éthyle par le permanganate de potassium (C). PO4R3. La réaction suit un mécanisme SN1. Les phosphates d’alkyles.N-diméthylaniline.65). Il se forme un sel au sens de Lewis. Ils sont préparés le plus souvent par action de ces acides sur les alcools. résulte lui-même de l’action du chlorure de thionyle. est ionisé en . qui. (A) H2SO4 + MeOH distillation H2O + HSO4Me Me2SO4 sulfate acide de méthyle distillation HSO4Et (B) H2SO4 + H2C=CH2 Et2SO4 sulfate acide d'éthyle Cl (C) EtO S O S O + 2 EtOH KMnO4 Et2SO4 EtO Cl sulfite d'éthyle chlorure de thionyle Schéma 8. (RO)3P. Cette dernière méthode est aussi appliquée aux alcools plus lourds. sont obtenus par action de l’oxychlorure de phosphore POCl3 sur les alcools en présence de pyridine (schéma 8. OR Cl O P Cl + 3 R-OH pyridine O . L’acide chlorhydrique réagit avec les alcools primaires et secondaires en présence de chlorure de zinc comme catalyseur (schéma 8.3 HCl OR Cl trichlorure de phosphore phosphite d'alkyle Schéma 8. SOCl2. Les halogénures d’alkyles sont aussi des esters d’acides inorganiques.331 8. sur un alcool.63 Le sulfate d’éthyle peut être préparé comme le sulfate de méthyle. Le sulfate de méthyle est obtenu par distillation du sulfate acide de méthyle formé par réaction de l’acide sulfurique sur le méthanol (A.3 HCl P OR Cl oxychlorure de phosphore phosphate d'alkyle Me N Cl P Cl OR + 3 R-OH Me OR P OR . sous l’action du solvant (l’alcool). . (DAST). sans catalyseur. R-OH + RBr HBr + H 2O Schéma 8.65 L’acide chlorhydrique concentré forme des chlorures d’alkyles tertiaires avec les alcools tertiaires sans catalyseur (C). SF4. Ils sont mieux préparés par action d’iodures alcalins sur les alcools à l’ébullition en présence d’acide phosphorique à 96 % (schéma 8. le mécanisme devient SN2 et aucun réarrangement n’est possible (B).332 Chimie organique libérant un carbocation (qui peut se réarranger s’il est secondaire) qui réagit avec Cl. Si la concentration de chlorure de zinc est très faible.66 L’action de PBr3 (formé in situ par action du brome sur le phosphore) permet aussi le passage à RBr mais il existe dans ce cas des possibilités de réarrangements pour les alcools secondaires. Les iodures d’alkyles sont obtenus par réaction de l’acide iodhydrique (57 %) sur les alcools.67). en présence d’une quantité catalytique d’acide sulfurique pour les alcools primaires et sans catalyseur pour les alcools secondaires et tertiaires (qui pourraient être déshydratés en alcènes en sa présence) (schéma 8. Il en est de même de PCl5. Et2NSF3. ou mieux encore de celle du trifluorure de diéthylaminosulfure. Les bromures d’alkyles sont préparés par action de l’acide bromhydrique (48 %). POCl3 entre autres. Cl S N2 ZnCl3 + ROH2 R-Cl + H2O + ZnCl2 ZnCl2 + RCl + H2O CH3 CH3 (C) H3C R polaire + HCl H2O H3C + H 2O C Cl CH3 CH3 (D) R OH + SOCl2 HCl + ROSO2Cl Cl + ROSO SN 2 RCl + SO2 Schéma 8. R-OH + HBr R-OH + IH 3 R-OH + 3 INa + H3PO4 RBr + H 2O RI + H 2O 3 RI + PO4Na3 + 3 H2O Schéma 8.67 Les fluorures d’alkyles ne résultent pas de l’action de l’acide fluorhydrique sur les alcools mais de celle du tétrafluorure de soufre.(A). R O (A) SN1 ZnCl2 H solvant (B) SN2 ZnCl2 + HCl + R-OH C OH + Zn(OH)Cl2 H. PCl3. Les alcools traités par le chlorure de thionyle en présence ou non de pyridine forment des chlorures d’alkyles (D).66). 1.5d).333 8. par addition d’halogénures d’hydrogène sur les alcènes (§ 9. C’est une réaction qui s’apparente à celle de l’hydrolyse des esters.69 8.4a et 6.N-diméthylamino)pyridine (dans ce cas.69). les anhydrides d’acides réagissent avec les alcools. Les réactions de substitution De nombreuses autres méthodes existent pour la préparation d’halogénures d’alkyles. 8. O O R C O O H 2C C C R O + R'OH R-CO-OR' + RCOOH RO-CO-CH2-CH2-COOH + R-OH H 2C C O Schéma 8. Le mécanisme passe par un intermédiaire tétraédrique (schéma 8. d’acides de Lewis ou de base comme la 4-(N.68 Les anhydrides cycliques sont ouverts à chaud par un équivalent d’alcool pour former un monoester du diacide correspondant (schéma 8. R-COOR' + R"OH ∆ R-COOR" + R'OH H O R C O R" O O R R' C O R O R' R" H R R' + ROH ∆ O RO γ−hydroxy ester γ−butyrolactone Schéma 8.12.70 O + R'-O-H HO O C + R" intermédiaire tétrèdrique O O O O H C O R" .1. Si R’ est tertiaire. en particulier. mais ils sont moins réactifs ce qui nécessite l’emploi de catalyseurs acides. + 1 ROH O ∆ O O HOCO-CH2-CH2-COOR monoester de l'acide succinique anhydride succinique Schéma 8. la réaction est difficile.12e – Les anhydrides d’acides Comme les chlorures d’acides.70).1.12f – Les esters carboxyliques Cette réaction équilibrée est nommée transestérification.68). il s’agit d’une catalyse de type nucléophile) (schéma 8. N N DBU Figure 8. Les phénols donnent lieu à cette réaction y compris avec les sulfonamides non N-substitués (schéma 8.1. lorsque la réaction est effectuée dans un solvant protique.0]undec-7-ène) (figure 8. Le mécanisme est SN2.5).8-diazabicyclo[5.1. les halogénures tertiaires ou très encombrés ne permettent pas cette réaction.12g – Les sulfonamides Les sulfonamides N.5 . le DBU (1.72 Par contre.NaCl NaX C O O γ−lactone γ−chloro acide Schéma 8.71 8.334 Chimie organique Le plus souvent R”OH représente un alcool à point d’ébullition élevé tandis que R’ est méthyle ou éthyle. le mécanisme est SN1 : elle n’est alors possible qu’avec des halogénures très réactifs. Les lactones peuvent donner lieu à cette réaction qui conduit à des hydroxy esters. Toutefois. Les γ.N-disubstitués réagissent avec les alcools en présence d’une base pour former des sulfonates.72). RX + R'-COONa H2C CH2 CH2 HMPA COOH Cl RCOOR' + NaOH .13a – Les halogénures La réaction des halogénures sur les sels de sodium. potassium.ou δ-halogéno acide. R-SO2-N(R')2 + R"OH base R-SO2-OR" + HNR'2 Schéma 8. La catalyse par transfert de phase est souvent appliquée à cette réaction : le benzène (ou le toluène) est alors le solvant non miscible à l’eau et la réaction a lieu en présence d’une base.13 – Substitutions nucléophiles par les acides et leurs sels 8. césium des acides organiques dans le HMPA est une excellente méthode de synthèse des esters (schéma 8.4. allyliques ou benziliques.et δ-lactones peuvent être préparées par action de la soude sur un γ. argent. La différence des points d’ébullition entre R”OH et R’OH permet alors d’extraire du milieu R’OH par distillation ce qui favorise le déplacement de l’équilibre vers la droite. 8.71).1. le trichlorure de phosphore. Les réactions de substitution Les chlorures d’acides réagissent avec les sels alcalins ou d’argent d’acides carboxyliques pour former des anhydrides (schéma 8. PCl3. Il se forme un sel qui réagit avec le chlorure d’acide.73 La réaction se fait aussi en présence d’une base organique comme la pyridine ou la triéthylamine (catalyse nucléophile). C’est leurs méthodes de préparation les plus courantes (schéma 8. PCl5. H O O R C O H O + S Cl Cl R chlorure de thionyle Cl C O H O O R O O S C S Cl Cl Cl intermédiaire tétraèdrique O + SO2 + HCl R C Cl H O R-COOH + PCl5 R-CO-O-PCl4 + HCl R C Cl O P Cl Cl Cl Cl intermédiaire tétraèdrique O + O=PCl3 + HCl R C Cl Schéma 8. Les chlorures d’acides résultent d’une réaction de substitution nucléophile entre un acide et le chlorure de thionyle.335 8.74 . mais dans ce cas. ou le pentachlorure de phosphore.73). O R C O O R Cl C R Cl C O O O R' R' C R' C C O O O Cl + Schéma 8. l’acide libre est mis en réaction. SOCl2.74). H2O H 2C H 2C H2 C H2 C COOH P2O 5 acides phosphoriques C O C O acide succinique anhydride succinique déshydratant: anhydride acétique. dans les conditions de la réaction.75 Des réactions d’échanges peuvent exister entre un acide et un chlorure d’un autre acide (via un anhydride d’acide) : le chlorure d’oxalyle. (COCl)2.336 Chimie organique On peut aussi faire réagir l’acide sur la triphénylphosphine en présence de tétrachlorure de carbone ce qui est une méthode plus douce que les précédentes (schéma 8. En effet.1.77 .76 8.76). des anhydrides d’acides comme l’anhydride acétique.77).1. amides Deux molécules d’acides carboxyliques peuvent être déshydratées pour former un anhydride à condition qu’un agent déshydratant soit présent (schéma 8. chlorure d'acétyle ou chlorur e de phosphoryle. le retrait de l’eau formée par ce déshydratant déplace l’équilibre vers la droite. ce qui oriente la réaction vers la droite (schéma 8. en oxyde de carbone et anhydride carbonique.12d). R-COOH + Ph3P + CCl4 R-COCl + Ph3PO + HCCl3 Schéma 8. esters. l’anhydride trifluoroacétique ou le dicyclohexylcarbodiimide (DCC. RCOOH + R'-COCl R'COOH + R-COCl 2 R-COCl + 2 RCOOH + ClCO-COCl HOCO-COOH acide oxalique chlorure d'oxalyle CO2 + HCOOH CO2 + CO + H2O acide formique Schéma 8. R-COOH + R-COOH R-CO-O-CO-R + H2O anhydride d'acide O COOH . la réaction étant équilibrée. est particulièrement indiqué dans ce cas. § 8. dans la mesure ou l’acide oxalique formé est décomposé.75).13b – Les acides. POCl3 CH3 O CH3 COOH .H 2O ∆ COOH acide 3-méthyl-phthalique C O C O anhydride 3-méthyl-phtalique Schéma 8. Les déshydratants les plus souvent utilisés sont l’anhydride phosphorique P2O5. 337 8.13c – Le diazométhane Les composés diazo et plus particulièrement le diazométhane réagissent à température ordinaire et avec d’excellents rendements sur les acides pour former des esters (schéma 8.78). le retrait par distillation de l’alcool formé déplace l’équilibre vers la droite ce qui favorise la formation de l’anhydride d’acide. le diazométhane est utilisé pour préparer des esters méthyliques avec un rendement élevé. l’acide intervient par le groupe carboxylate comme nucléophile.79). soit par chauffage.78 Un cas particulier de cette réaction concerne les esters énoliques qui forment avec l’acide une cétone qui ne peut plus donner lieu à un équilibre. Le mécanisme est identique à celui donné pour la réaction du diazométhane avec les alcools (§ 8. 8. selon le cas. Une réaction équilibrée se crée entre un acide carboxylique et un ester ou un amide conduisant à un anhydride (schéma 8. . soit par l’emploi d’agents déshydratants comme pour l’acide succinique. Pour les esters.1. réaction la plus utilisée. comme pour l’acide phtalique.79 Ainsi.N2 O R C O CH3 Schéma 8.12b). R R R-COOH C + N R-COO-CH N R R-COOH + H2C H2C N N N O O R-COO-CH3 N H 2C N H + H2C N N R C + O H3C N + N2 N O R C + N2 R N .1. Les réactions de substitution La réaction s’applique aux diacides qui peuvent former un anhydride cyclique à cinq ou six chaînons. R-CO-O-CO-R' + R"OH RCOOH + R'-COO-R'' R-CO-O . La déshydratation s’effectue.H R-CO-O R' R' C OEt C O (extrait par distillation) O O O + EtOH C R' R-CO-O OEt CH2 R-COO-CO-R' + HO-C=CH2 RCOOH + R' C O C R" R" ester d'énol O C CH3 R" Schéma 8. par exemple.80). Les acides de Lewis qui forment des complexes avec les éthers comme BF3. L’iodure d’hydrogène réagit plus vite que le bromure d’hydrogène mais il permet de nombreuses réactions secondaires.82 SOCl2 Cl Cl . ne réagit qu’avec des époxydes « rigides ».80 Les dialkyléthers produisent un mélange des deux halogénures possibles. BCl3. ceux présents dans les stéroïdes. HBr Br O HO Schéma 8. Les alkylaryléthers forment toujours l’halogénure d’alkyle et le phénol. BBr3. Les époxydes sont ouverts par les halogénures d’hydrogénes en formant des halohydrines (schéma 8. AlCl3.338 Chimie organique 8.1.81 Lorsque l’halogénure d’hydrogène est en excès. conduisent à une rupture de l’éther en fournissant un halogénure. R R O + H R' R-O-H + R'-X H O R' X sel d'oxonium Schéma 8. Le chlorure d’hydrogène est peu utilisé et réagit très lentement. pour conduire à un bromure d’alkyle ou d’aryle selon l’éther et un alcool ou un phénol (schéma 8. HX X OH halohydrine O SOCl2 OH Cl (HCl) époxyde ou oxirane HCN NC OH cyanhydrine Schéma 8.81). sauf pour les méthylalkyléthers qui forment de manière prépondérante. Le fluorure d’hydrogène. par chauffage. en halogénures. les alcools produits dans une première réaction sont transformés par une seconde.82).14 – Substitutions nucléophiles sur les éthers et époxydes Le bromure d’hydrogène réagit très bien avec les éthers. HF. Ces réactions s’appliquent à des éthers cycliques comme le tétrahydropyrane (schéma 8. l’halogénure de méthyle. chauffés. le caractère nucléophile augmente lorsqu’on passe de l’ammoniac à une amine primaire puis secondaire : la réaction de substitution sera donc plus facile avec ces deux dernières présentes dans le milieu. et à des sels d’ammonium quaternaires (schéma 8.1. secondaires. X amine tertiaire R 3N + RX R4N. X sel d'ammonium quaternaire Schéma 8.84). R C O O + RCOCl H2C CH2 H2C O Cl CH2 RCO-O-CH2-CH2Cl NaI RCO-O-CH2-CH2I Schéma 8. X amine secondaire R2NH + R-X R3N + HX R3NH.83 8.83). tertiaires sous forme de sels. . Les réactions de substitution Lorsque les époxydes sont traités par le chlorure de thionyle en présence de pyridine.84 En effet. L’amine secondaire réagira ensuite avec l’halogénure pour former une amine tertiaire laquelle est transformée en sel d’ammonium quaternaire si un excès d’halogénure est présent.15a – Les halogénures L’alkylation de l’ammoniac par les halogénures d’alkyles. L’acide cyanhydrique conduit à une cyanhydrine. pour former un ester de 2-iodoéthyle (schéma 8.339 8. en présence d’iodure de sodium dans l’acétonitrile.2-dihalogénure. conduit à un mélange d’amines primaires. R RNH2 + HX X RNH3. Les chlorures d’acides réagissent avec l’oxyde d’éthylène ou oxirane.1. l’halohydrine qui se forme d’abord en raison de traces de chlorure d’hydrogène. X amine primaire NH3 R2NH + HX R X RNH2 R2NH2.15 – Substitutions nucléophiles par l’ammoniac et les amines 8. surtout de faibles masses. est immédiatement transformée en 1. On peut signaler ici que. La vitesse de la réaction est fonction des substituants de l’amine (primaires > secondaires > tertiaires). on favorise la formation de l’amine primaire. Cette méthode est peu utilisée pour la préparation des amines primaires.85). en utilisant un très gros excès d’ammoniac par rapport à l’halogénure. se fait dans un solvant polaire comme l’acétone (schéma 8. Le passage d’une amine tertiaire à un sel d’ammonium quaternaire. il est possible de privilégier la formation d’un type d’amine. mais ce n’est pas la meilleure méthode (schéma 8.86). Il en est de même pour la préparation d’amines secondaires qui sont plus facilement obtenues par action de l’halogénure sur un large excès d’amine primaire. partant d’amines primaires substituées par un groupe R. Toutefois. l’halogénure peut être R’X. en effectuant la réaction dans des conditions particulières.340 Chimie organique Une telle réaction n’est donc pas a priori une bonne méthode de synthèse des amines primaires. Elle consiste à chauffer l’halogénure et l’ammoniac à 180 °C sous une pression de 25 bars.85 Lorsque le nombre de carbones du groupe aliphatique R de RX est compris entre 7 et 12. La préparation des sels d’ammonium quaternaires à partir d’amines primaires ou secondaires (alkylation exhaustive). Seuls. en présence d’un halogénure ou réaction de Menchoutkine (1890). et de la nature de l’halogénure (I < Br < Cl). Par contre.86 Des réactions parasites accompagnent souvent la réaction principale (schéma 8. ce qui permet la formation d’amines secondaires R(R’)NH.4-dinitrobenzène permettent la réaction. Les amines primaires aromatiques sont facilement alkylées. peut être effectuée en présence de bases fortes non nucléophiles dont le rôle est le retrait du proton de (R)(R’)NH2+ ou de (R)(R’)(R”)NH+. sauf dans le cas des α-amino acides à partir d’α-halo acides.HX H R C COOH NH2 Schéma 8. le caractère nucléophile des amines primaires et secondaires faiblit et il est alors possible de préparer des amines tertiaires à partir de l’ammoniac. . les diaryl amines réagissent difficilement avec les halogénures ce qui conduit à utiliser des sulfates ou sulfonates plus réactifs. H R C X COOH + NH3 . Par exemple. les halogénures aromatiques activés par des groupes électroattracteurs sur le cycle comme le bromure de 2. X R3NH. Les triarylamines sont très difficilement alkylées. X R2NR' + + (CH3)2C=CH2 RX Schéma 8. c’est la synthèse d’Hofmann (1850).86) : il s’agit de formations d’alcènes par élimination de HX de l’halogénure (A) et de transalkylation (B). R3N + R'X acétone (A) R3N + (CH3)3CX (B) R3N + R'X R3N-R'. H2O O COO RNH2 + RNH2 NH + NH COO O phtalate phtalhydrazide O O NHR NR O + NH2-NH2 NH-NH2 O Schéma 8. Les réactions de substitution La désalkylation des sels d’ammonium quaternaires peut être réalisée par l’éthanolamine (schéma 8. X R R éthanolamine R + R-NH2-CH2-CH2-OH N Schéma 8. ce qui libère l’amine à côté du phtalhydrazide (E). en présence d’acide.88).87 La préparation des amines primaires aliphatiques utilise d’autres réactions comme celle de l’hexaméthylènetétramine avec les halogénures d’alkyles (réaction de Delépine. et la réaction de Gabriel (1887) qui consiste à traiter le sel de potassium du phtalimide par un halogénure ce qui forme un N-alkylphtalimide qui est. X (A) RX + (CH2)6N4 hexaméthylène tétramine R-N3 réduction (B) RX + N3Na RNH2 (C) RX + (Me3Si)2N Na . 1895) (A. schéma 8. l’action de bis(triméthylsilyl)amidure de sodium sur des iodures et tosylates aliphatiques suivie d’une hydrolyse (C). en amine (sel) et acide phtalique (D).87). c’est lui qui est transféré sur l’éthanolamine. X NR COOH H2O. HCl EtOH N3(CH2)6NR. H RNH3 + COOH O O phtalimide potassée HO acide phtalique NH2NH2. soit soumis à l’action de l’hydrazine (méthode de Ing-Manske). la formation d’azides suivie de leur réduction (B). H O RNH3 O NK (D) RX + RNH3. R R R N + H2N-CH2-CH2-OH R .88 . soit hydrolysé. Si un groupe méthyle est présent sur l’amine aliphatique.NaX RN(SiMe3)2 H2O.341 8. 89). Il se forme un dichlorocarbène intermédiaire qui réagit avec l’amine primaire avec élimination de deux molécules d’acide chlorhydrique. ou 6 chaînons (schéma 8. avant le retrait du groupe tosyle.5). L’halogénure peut être remplacé par un tosylate. 5.H2O CCl2 NHR2 Cl C R N H R Cl Cl H H Cl C Cl R N R H2O . par simple chauffage.Cl .Cl . RNH2 + HCCl3 + 3 KOH HCCl3 + HO . elles sont transformées en formamides N. HCCl3 + HO . En présence d’eau. Elle s’effectue en présence d’une base.HCl base NH 1-amino-4-chloro-butane base H2C CH2 X H2 C base H N Ts H2 C H2 C pyrrolidine CH2 Na alcool isoamylique N-Ts Schéma 8.H2O C Cl R H C N O R formamide N. Cette réaction sert de test odorant pour les amines primaires. Le mécanisme est sans doute de type SN1cB (§ 8.89). par action du sodium dans l’alcool isoamylique (schéma 8.90). H2 C Cl H2 C base NH2 NH H2 C 2-chloroéthylamine CH2Cl NH2 H2C H2C CH2 Cl H2 C NH2 1-amino-3-chloro-propane aziridine H2C CH2 H2C NH azétidine TsCl .342 Chimie organique L’alkylation des amines peut être intramoléculaire dans la mesure où le cycle ainsi produit est à 3.91 R N R . avec le chloroforme en présence de potasse pour former des isocyanures (à odeurs particulièrement repoussantes) (schéma 8.N-disubstitués (schéma 8.2 HCl Cl H dichlorocarbène C N R isocyanure Schéma 8.N-disubstitué Schéma 8.89 Les amines primaires réagissent rapidement.91). Les azétidines (cycle azoté à quatre chaînons) sont difficilement obtenues par cette méthode : il est préférable de traiter d’abord l’amine par le chlorure de tosyle ce qui fournit un groupe TsNH qui est cyclisé par une base.90 Les amines secondaires réagissent plus difficilement et forment des amines tertiaires ayant un substituant dichlorométhyle.H2O CCl2 RNC + 3 KCl + 3 H2O Cl H NH2-R N C R .2 HCl H HO C OH R N R .1. 93 Cette réaction a été utilisée pour séparer les amines primaires.92 Les chlorures de sulfonyles réagissent avec l’ammoniac et les amines primaires et secondaires en formant les sulfonamides correspondants (schéma 8. Les sufonamides de structure. s’appliquer qu’à des amines aliphatiques de faibles masses car les sulfonamides primaires avec nC > 7 restent insolubles dans la soude.343 8. la seconde à une attaque nucléophile de l’ion Br. Si les trois groupes sont alkyles. en fait. R-SO2Cl + H-N R-SO2-N + HCl sulfonamide Schéma 8. présents le plus souvent dans les plantes. 1890)) : le mélange d’amines est traité par le chlorure de l’acide p-toluènesulfonique. Les réactions de substitution La réaction de von Braun (1900) est une réaction qui a été beaucoup utlisée pour définir la structure d’amines tertiaires (schéma 8. Les sulfonamides primaires ayant un groupe CαH2 dont les hydrogènes sont rendus acides par le groupe sulfonamide se solubilisent. L’action d’une solution acide (70 % SO4H2) au reflux permet de libérer les amines de leurs sulfonamides en formant un sel. composés azotés basiques d’origine naturelle comme la morphine. ArCOCH2-SO2N(R)2. La protection d’une amine primaire ou secondaire peut être faite par arylsulfonation. sont traités par le zinc. la réserpine.93). Cette méthode ne peut. Br Me Pr N + BrCN Pr Bu Me N Pr CN MeBr + N CN Bu Bu Schéma 8.sur le carbone du groupe le plus petit avec formation d’un bromure d’alkyle et de cyanoamine. la déprotection est assurée soit par action du sodium dans l’ammoniac liquide ou dans le n-butanol. c’est le plus petit d’entre eux qui forme l’halogénure. Les arylsulfonamides sont stables en milieu alcalin et ne sont pas affectés par les réductions catalytiques. soit par acidolyse (HBr à 48 % en présence de phénol). La distillation permet d’extraire les amines tertiaires et la filtration retient dans le filtre le sulfonamide secondaire. et tertiaires aliphatiques en mélange (méthode de Hinsberg. dans l’acide acétique. tandis que les sulfonamides secondaires (solides) restent insolubles. L’halogénure qui se forme est le plus stable. L’ensemble des composés formés est mis en présence d’une solution de soude. Elle consiste à traiter l’amine tertiaire par le bromure de cyanogène. Les amines primaires et secondaires forment les sulfonamides correspondants. en particulier dans le cas des alcaloïdes. Le filtrat contient le sulfonamide primaire. . La réaction s’effectue en deux étapes : la première correspond à la formation d’un bromure de N-cyanoammonium. un sulfate. la caféine. Dans la plupart des cas.92). secondaires. β-amino thiols et les 1. thiiranes et aziridines Les oxiranes ou époxydes. (comme dans la réaction de Strecker § 10. les acyloïnes.15b – Les alcools La substitution directe d’un groupe OH par un groupe amino n’a lieu qu’avec les cyanhydrines.1). cycles à trois chaînons. 8.H2O R O CH C R O α-amino cétone acyloïne : R et R' = alkyl benzoïne : R et R' = aryl Schéma 8. Les acyloïnes et benzoïnes conduisent à des α-amino cétones. avec l’ammoniac et les amines primaires ou secondaires. N OH R C R' + HN . sont facilement ouverts par l’ammoniac et les amines selon un mécanisme SN2 stéréospécifique : les β-hydroxy amines.1.344 Chimie organique 8. des cyanoamines primaires. tendus.H2 O R R' CN CN cyanhydrine cyanoamine OH R C N CH C R' + HN . Z Z H2 C CH2 HZ CH2 CH2 NH2 H2C CH2 (HZ-CH2-CH2)2NH Z NH3 H2 C Z = O : oxirane ou époxyde Z = S : thiirane ou épisulfure Z = NH : aziridine CH2 (HZ-CH2-CH2)3N Schéma 8. ils peuvent réagir sur une nouvelle molécule d’hétérocycle et les produits obtenus peuvent renouveler encore cette réaction (schéma 8. Ces composés étant des amines.1. secondaires ou tertiaires. les thiiranes ou épisulfures et les aziridines.2-diamines sont respectivement formés.3.94).95).94 Dans le cas des cyanhydrines.15c – Les oxiranes.95 . on obtient respectivement. et les benzoïnes (schéma 8. Dans ce cas.96 C’est la méthode la moins classique pour obtenir les amides qui sont plus souvent préparés à partir des esters. l’utilisation de composés permettant d’activer la fonction acide pour qu’elle réagisse en conditions douces sur les amines est très importante.96). H N C H N C N DCC O O R C O R-CO-O-CO-R R C R-CO-O-CO-R + O R C O H N H N C H N O O + NH2-R' R-CO-NH-R' + RCOOH Schéma 8. (HO-CH2-CH2)2NH. R-CH(NH2)COOH. l’éthanolamine. R-COO . il se forme d’abord un sel d’ammonium ou d’amine. liés entre eux par une liaison peptidique. un solvant industriel très important.97). sont ainsi obtenus successivement. les chlorures d’acides. Les réactions de substitution Avec l’oxirane. (HO-CH2-CH2)3N.15d – Les acides. Ces réactions supposent que la fonction amine du premier acide aminé a été protégée. Cette . -CO-NH-.345 8. et la triéthanolamine. les chlorures d’acides. Un tripeptide est donc représenté par la formule générale : NH 2-CH(R1)-CO-NHCH(R2)-CONH-CH(R3)-COOH. les esters et les amides Les acides. les anhydrides d’acides. réagit sur la fonction amine d’un second acide aminé en créant la liaison peptidique (schéma 8. dicyclohexylcarbodiimide.97 Un autre mécanisme a été proposé : la fonction amine réagit sur le produit formé par addition d’une seule molécule d’acide au DCC. le couplage de deux acides aminés (ou d’un peptide et d’un acide aminé) s’effectue avec le DCC. Par contre. en synthèse peptidique.1. HO-CH2-CH2-NH2. qui par chauffage conduit aux amides (schéma 8. sinon la réaction de couplage peut aussi s’orienter sur la fonction amine d’une seconde molécule du premier acide aminé. tout particulièrement. la diéthanolamine. En présence de deux molécules d’acides. H2N R-COOH + HN ∆ R-CO-N + H 2O amide sel Schéma 8. 8. sitôt formé. il se forme l’anhydride correspondant qui. les anhydrides d’acides et les esters acylent tous l’ammoniac et les amines pour conduire aux amides correspondants. Dans le cas des acides. mais la détection d’anhydride dans le milieu est en faveur du premier mécanisme. entre autres. avec l’ammoniac. Il faut rappeler que les peptides à la base de nombreuses hormones sont constitués d’α-amino acides. et qui peuvent avoir des fonctions comme OH. on utilise souvent une méthode due à Merrifield (synthèse en phase solide) et qui consiste à utiliser un polystyrène portant des groupes chlorométhyles. il est souvent nécessaire d’ajouter une base au milieu pour neutraliser l’acide chlorhydrique résultant. par action de l’acide trifluoroacétique dans le chlorure de méthylène. pour Boc. et dans le second cas pour Boc. La synthèse se poursuit à partir de ce système. S’il s’agit d’une base . ou NH2. R2.346 Chimie organique protection est souvent assurée par le groupe benzyloxycarbonyle (abréviation : Cbz ou Z). PhCH2-O-CO-.98 présente les différentes étapes pour la synthèse d’un dipeptide simple (R1 er R2 = H ou alkyle). ce qui permet de garder le peptide formé lié à ce support solide et donc de l’extraire facilement du milieu qui contient de nombreux composés en solution (sels. Pour délier le peptide de son support solide. un amide primaire. dans le cas de Cbz.HCl H H R1 R1 1) DCC H Ph-CH -O-CO-NH C CO N Ph-CH2-O-CO-NH C COOH 2 R2 H H 2) H2N C COOH H2 H R1 H Ph-CH3 + CO2 + H2N C CO N H R2 C COOH H R2 C COOH H dipeptide Schéma 8. on utilise souvent l’acide fluorhydrique. ce qui permet de fixer le premier acide aminé par une substitution avec le groupe amino. Les chlorures d’acides (et plus généralement les halogénures d’acides) réagissent exothermiquement sur l’ammoniac et les amines primaires et secondaires en produisant. diminue le caractère nucléophile de l’azote en passant d’une amine à un amide (ou plus exactement à un carbamate).99). Pour certains acides aminés. PhCH2-OCOCl pour Cbz. Cette protection réalisée respectivement par le chloroformiate de benzyle. respectivement. La déprotection. R3… doivent être envisagées avant le couplage. s’effectue par l’action de HBr dans l’acide acétique ou par hydrogénolyse. R1 R1 Cl-CO-O-CH2Ph H2N C COOH Ph-CH2-O-CO-NH C COOH . et le t-butoxycarbonylazide. parmi d’autres. ou le groupe t-butoxycarbonyle. composés secondaires. CH2Cl.98 Afin de rendre la synthèse peptidique moins fastidieuse sur le plan expérimental. secondaire ou tertiaire (schéma 8. tBu-O-CO-. des protections adéquates des groupes latéraux fonctionnels R1. R-COCl + H2N-R' R-CO-NH-R' + HCl Schéma 8. ou d’autres groupes choisis en fonction de la nature des groupes latéraux des acides aminés constituant le peptide. si le nucléophile est en excès.99 Lorsque l’amine est en quantité stœchiométrique. tBu-OCON3. (abréviation: Boc). etc…). Le schéma 8. COCl2 (le chloroformiate de trichlorométhyle. mais le plus souvent. le chloroformiate de benzyle. Certains réactifs moins classiques comme le phosgène.HCl X = O : phosgène X = S : thiophosgène .HCl Cl-C-NH-R X=C=N-R X = O : chloroformamide X = S : chlorothioformamide X = O : isocyanate X = S : isothiocyanate NHR 2 NH2-R X C NHR dérivés de l'urée (X = O) ou de la thiourée (X = S) Schéma 8.100 Les chloroformiates. Cl3C-O-COCl. lesquels éliminent HCl pour fournir respectivement un isocyanate ou un thioisocyanate. Lorsque deux équivalents d’amines sont mis en réaction.H2O R-CO-NH-NH2 + HCl + H2O acylhydrazine ou hydrazide R-COCl + R-CO-NH-NH2 R-CO-NH-NH-CO-R + HCl N. On peut aussi utiliser des bases organiques comme la pyridine ou la triéthylamine. R-O-CO-NH-R’ (schéma 8. ClCOOR.102). réagissent sur un équivalent d’amine primaire pour former un chloroformamide ou un chlorothioformamide.100). R-O-COCl + H2N-R' R-O-CO-NH-R' + HCl chloroformiate carbamate Schéma 8.N’-diacylhydrazines. ils sont accompagnés de N. Les réactions de substitution alcaline. X X Cl-C-Cl + H2N-R . réagissent avec les amines en produisant des carbamates. Les acylhydrazines sont plus facilement préparées à partir des esters par action de l’hydrazine (schéma 8.347 8.101 Les chlorures d’acides forment très facilement des acylhydrazines ou hydrazides avec l’hydrate d’hydrazine. peut le remplacer) ou le thiophosgène. R-COCl + NH2-NH2.N'-diacylhydrzine R-COCl + H2N-OH R-CO-NH-OH + HCl acide hydroxamique Schéma 8.102 . utilisés en particulier en synthèse peptidique (voir cidessus. la réaction est celle de Schotten-Baumann. CSCl2. des dérivés substitués de l’urée ou de la thiourée sont obtenus (schéma 8.101). composés particulièrement toxiques. ClCOOCH 2Ph). RCO-NH-OH. Cette réaction est particulièrement facile avec les anhydrides cycliques comme l’anhydride phtalique qui conduit au phtalimide (schéma 8. intervention dans le mécanisme de deux molécules d’amine pour une molécule d’ester (schéma 8. la réaction est facilitée.104 Les amides primaires et secondaires sont le plus souvent préparés par action d’ammoniac (ou d’ammoniaque) ou d’amines primaires sur les esters d’acides carboxyliques. Toutefois. transfert d’un proton. Les réactions des anhydrides d’acides avec l’ammoniac ou les amines primaires (schéma 8.ou le p-nitrophényle. O COOEt H2N EtO C O + H2C COOEt H2N H 2C C NH C O C NH O acide barbiturique Schéma 8. La réaction est beaucoup plus douce que celles des chlorures et anhydrides d’acides et un chauffage est souvent nécessaire.11b) : milieu basique. La présence d’une base.103). d’ion cyanure. Le mécanisme le plus souvent rencontré est BAC2 (voir hydrolyse des esters. la réaction est lente.103) et secondaires sont comparables à celles des chlorures d’acides.348 Chimie organique L’hydroxylamine. d’ester ou d’acide carboxylique.104). R-CO-O-CO-R + H2N-R' R-CO-O-CO-R + NH3 R-CO-NHR' + RCOOH R-CO-O-CO-R RCONH2 RCO-NH-COR imide O O + NH3 O anhydride phtalique O C NH 2 O NH + H2O C OH O O phtalimide Schéma 8. est N-acylée par les chlorures d’acides pour former des acides hydroxamiques. un produit à la base de nombreux composés pharmaceutiques (schéma 8. ou une pression élevée peuvent augmenter la vitesse. le pentafluorophényle. L’urée réagit sur les esters cycliques pour former divers hétérocycles : le malonate d’éthyle en présence d’éthylate de sodium conduit à l’acide barbiturique. comme l’o.105). des imides sont parfois formés par double réaction avec l’ammoniac ou les amines primaires. Si le groupe R’ est fortement attracteur. NH2OH. . RCOOR’. § 8. Si R est de faible masse.1.103 Les imides sont aussi obtenus lorsqu’un amide primaire est traité à chaud par un équivalent de chlorure d’acide (en présence de pyridine). O C O + NH3 γ-lactone O C NH O ∆ .106). Ces composés cycliques peuvent aussi être le résultat d’une réaction intramoléculaire de γ. Les réactions de substitution R-COOR' + R-COOR' OR' R O + H2N-R" + R'OH R-CO-NH-R" + R'OH H N C R-CO-NH2 NH3 OR' H R NH2-R" NHR" NH-R" R C R" + R'O O O + R"NH3 R'OH + R"NH2 + R"NH3 Schéma 8.107 C OR NH2 γ-amino ester . H2O R-CO-NHNH2 + hydrate d'hydrazine R-COOR' + NH2-OH hydroxylamine H2O + R'OH acylhydrazine ou hydrazide R-CO-NH-OH + R'OH acide hydroxamique Schéma 8. esters cycliques. sont transformées le plus souvent en lactames (amides cycliques) par action de l’ammoniac ou des amines primaires.et δ-aminoesters (schéma 8.106 Les lactones. à partir de l’hydroxylamine (schéma 8. R-COOR' + NH2NH2. On peut aussi préparer les acides hydroxamiques par cette méthode.ROH γ-lactame O NH3 O NH3-CH2-CH2-COO β-alanine β-lactone Schéma 8.105 Les hydrazides résultent le plus souvent de l’action d’un équivalent d’hydrate d’hydrazine sur un équivalent d’ester dans un alcool à l’ébullition.107).349 8. forment des sels qui sont facilement alkylés par les halogénures d’alkyles (schéma 8. dans le DMF anhydre.…). époxydes. chlorures d’acides.11b). R" R-CO-NH-R' base forte -H R-CO-N-R' R"X R-CO-N-R' -X Schéma 8.1. § 8. § 13. § 13. (CH2)n C=O base forte N -H (CH2)mNH2 (CH2)n C H O N (CH2)mNH (CH2)n C=O NH NH (CH2)m Schéma 8. un proton du groupe amino est extrait. § 13.108).110).10. Les amides primaires RCONH2 donnent lieu à une réaction d’échange avec les sels d’amines primaires R’NH3+. Le groupe NH2 est substitué par le groupe R’NH (schéma 8. R'NH3 + R-CO-NH2 R-CO-NHR' + NH4 Schéma 8. alcools.109).110 Cette réaction est comparable à la première partie de la réaction de Gabriel (§ 8.109 Les amides primaires et secondaires.6. § 13. par analogie avec la pièce vestimentaire).15a) avec le sel de potassium du phtalimide et un halogénure.12. En présence d’une base forte.16 – Substitutions nucléophiles par l’ion hydrure La plupart de ces réactions font intervenir des hydrures métalliques et ont pour résultats les réductions de nombreuses fonctions qui sont présentées au chapitre 13 (halogénures § 13. en présence de bases fortes comme l’amidure de sodium ou l’hydrure de sodium.14.1. acides. L’anion amidure attaque alors le carbone du carbonyle du cycle lactame ce qui conduit à une expansion de cycle (cette réaction a été appelée la Zip-réaction. 8.350 Chimie organique L’ammoniac réagit sur les β-lactones en formant l’alanine ou ses dérivés alkylés (mécanisme BAL2.108 Cette réaction a un intérêt particulier dans le cas des lactames dont l’azote est substitué par un groupe aminoalkyle (schéma 8. .1.15. CuI2 biphényle Schéma 8.1. 2-furanecarboxaldéhyde. sur l’oxyde de plomb.1.111).112 Les halogénures vinyliques sont couplés en présence de cuivre activé. le 1.17 – Réactions de couplage par mécanisme de substitution 8.CuX2 X 2 I R3 R2 C R1 R1 C C R3 Cu . le fer. R3 R2 2 C R1 Cu C . le dibutyléther. le zinc.113). le zinc et l’iodure de sodium permettent de préparer de petits cycles par réaction intramoléculaire : par exemple. Des métaux comme l’argent. le cuivre activé. 2 RX Na R-R + 2 NaX Schéma 8. alcanes et alcènes. C’est une réaction comparable à celle d’Ullmann 1901)qui.113 C R2 et d'autres isomères .3-dibromopropane Schéma 8. le plomb pyrophorique (plomb finement divisé préparé par action de vapeurs de furfural. PbO) ont aussi été employés à la place du sodium. par chauffage de deux molécules d’iodobenzène en présence du même métal.17a – Couplage d’halogénures d’alkyle (réaction de Wurtz) La très ancienne réaction de Wurtz (1855) consiste à chauffer ensemble deux halogénures d’alkyles en présence d’un métal alcalin dans le diéthyléther.111 Cette réaction est peu utilisée en raison de la formation de composés secondaires. à basse température). ou mieux encore dans le tétrahydrofurane (mais dans ce cas.112). conduit au biphényle (schéma 8.351 8. Ainsi.3-dibromopropane est cyclisé en cyclopropane (schéma 8. parfois avec succès. Les réactions de substitution 8. INa H2 C CH2Br CH2 cyclopropane 1. CH2Br H 2C CH2 Zn. afin d’obtenir un couplage des groupes aliphatiques (schéma 8. 114).116 Le plomb pyrophorique (§ 8. la réaction de Wurtz-Grignard fait réagir un halogénure d’alkyle ou d’aryle avec un organomagnésien aliphatique ou aromatique. si R est optiquement actif. et primaire si possible. et radicalaire. ce mécanisme radicalaire n’explique pas les résultats stéréochimiques observés lorsque les deux halogénures sont aliphatiques et identiques : bien souvent.17a) permet la préparation d’α-dicétones à partir de chlorures d’acides acétique et benzoïque. en présence de sodium dans un solvant non polaire (schéma 8. Si la première étape est un mécanisme simple. SET. mais reste peu convaincante. 2 Na R-Br + Br + 2 NaBr R Schéma 8. .115 Le mécanisme de la réaction de Wurtz est complexe. la seconde est plus complexe car divers mécanismes sont possibles: SN1. Le chlorure de benzoyle. conduit au benzile (schéma 8.114 Enfin.1. aromatique. Il est accepté que deux étapes sont nécessaires : la première est la formation d’un composé organométallique. le sulfate de méthyle peut remplacer l’halogénure). le mécanisme SN2 a été démontré car il y a inversion de configuration de R. Cette dernière possibilité est la plus vraisemblable.1.116).17b – Couplage des chlorures d’acides 2 RCOCl Pb pyrophorique 2 Ph-COCl RCO-CO-R Li Ph-CO-CO-Ph ultrasons benzile Schéma 8. En effet.115). et la seconde consiste en une réaction de ce composé avec une molécule d’halogénure. l’un aliphatique (plutôt un bromure. Br + Br-Mg- CoCl2 . Elle est catalysée par le chlorure de cobalt et donne d’excellents rendements en série aromatique (schéma 8. 8. SN2.MgBr2 Schéma 8. Lorsque la réaction est effectuée entre un halogénure allylique ou benzylique et un halogénure secondaire RX. en présence de lithium sous ultrasons. et l’autre. le couplage se fait avec rétention de configuration.352 Chimie organique Une variante intéressante est la réaction de Wurtz-Fittig (1864) qui consiste à faire réagir deux halogénures différents. par exemple. CN. cyanacétate d'éthyle CH2(COCH3)2. malonate d'éthyle acidité des hydrogènes H2O > C2H5OH > (CH3)3COH. Les réactions de substitution 8.6 Les bases utilisées sont très variées. et le plus souvent l’éthylate ou le t-butylate de sodium dans l’alcool anhydre correspondant.4-dione CH2(CN)2. COR. mais s’il en existe deux comme dans le diphénylméthane. l’acidité faiblit.1. CH3CH(COCH3)2. acétylacétate d'éthyle.6 en fonction du pKa des hydrogènes des groupes méthylènes ou méthynes (quelques autres composés. CON(R)2. t-butanol Figure 8. sans doute pour des raisons de gêne stérique d’approche de la base.1). Les groupes Z les plus fréquents sont : COOR. en rouge. 3-méthyl-pentane-2. ou un carbonate alcalin en solution aqueuse. phénol CH3NO2. la potasse. acide acétique CH2(CN)COOEt.353 8. Un groupe phényle rend acides les hydrogènes du groupe CH2 qui lui est lié. Leur emploi est limité dans la mesure où ces bases peuvent donner lieu à une réaction secondaire gênante. pKa CH2(NO2)2. La soude. Le plus souvent avec les esters. SO2NR2. leurs hydrogènes ont un caractère acide qui permet de les extraire facilement en présence d’une base pour former un carbanion (§ 6. acétylacétone C6H5OH. COO-. base plus forte que les hydroxydes alcalins.13.18 – Alkylation de carbones activés par les groupes ou atomes environnants 8. malononitrile CH2(COOEt)2. extrait les protons les plus acides. NO2. . la saponification des groupes esters. CHO. SO2R. SO3R. on utilise un alcoolate alcalin R-O – (Na+ ou K+). Quelques composés sont classés dans la figure 8. nitrométhane CH3COCH2COOEt.18a – Synthèse malonique Quand un méthyne ou méthylène est lié à un ou deux groupes Z à effet inducteur électroattracteur -I.1. dinitrométhane CH3COOH. L’amidure de sodium permet la formation du carbanion du diphénylméthane malgré la faible acidité du méthylène. servent de références). 118 R C R' COOH ∆ . Une seule alkylation est possible si la réaction est effectuée avec un équivalent d’éthylate et d’halogénure.CO2 H R C R' COOH . l’alkylation par RX peut avoir lieu une ou deux fois (schéma 8. CHO. … réagissent de même. Si l’un des groupes COOEt est remplacé par un groupe nitro ou si des groupes nitro ou nitriles sont présents dans RX. il est possible d’effectuer une seconde alkylation dans les mêmes conditions. On peut effectuer la double substitution en une seule étape en faisant réagir deux équivalents de base et d’halogénures. mais pas tertiaire car les conditions de la réaction favorisent une élimination qui transformerait l’halogénure en alcène. successivement. CH2(COOEt)2. CN.354 Chimie organique Z Z Z base H C H R X HC HC R Z Z Z' Z 1) base R' C R 2) R'X Z Z = Z' = COOR" (synthèse malonique) Z et / ou Z' = COOR". COR". étant formé. des malonates. de méthyle ou de propyle. Le composé monoalkylé.CO2 COOH R C H H R C H COOH 1) EtO 2) R'X COOH COOEt R C R' H2O. Selon qu’il s’agit d’un groupe méthyne ou méthylène. NO2. H ou KOH COOEt puis H Schéma 8.117).12. L’halogénure peut être allylique (mais avec des réarrangements possibles) ou benzylique. SO3R". primaire ou secondaire. SO2NR"2 Schéma 8.118). RX. autres que d’éthyle. Dans le cas le plus classique de la synthèse malonique. par un halogénure d’alkyle. la réaction peut s’effectuer selon un mécanisme SET (§ 6. H C H COOEt COOEt COOEt COOEt EtO H C RX R C H COOEt COOEt COOH H2O. H ou KOH puis H ∆ . il est préférable d’isoler et purifier le produit monoalkylé par RX puis d’effectuer la seconde alkylation pour obtenir R(R’)CH(COOEt)2 (schéma 8. Il y a donc inversion de configuration de R provenant de RX. Si la seconde alkylation doit faire intervenir un halogénure différent du premier. R’X. Bien entendu. Le mécanisme de ces réactions est SN2.117 L’alkylation de ces molécules est facilitée lorsque la réaction a lieu dans un solvant polaire aprotique comme le DMF ou le DMSO anhydre en utilisant l’amidure ou l’hydrure de sodium comme bases. RCH(COOEt)2.7). qui est l’alkylation du malonate d’éthyle. SO2R". X (CH2)n X + H COOEt 2 EtO C COOEt (CH2)n C COOEt H COOEt n=2à6 X-(CH2)n COOEt C H n = 2 à 13 EtO COOEt Schéma 8. puis d’un halogénure. ce qui permet de préparer de nombreux acides. substitués par des groupes variés. la méthode de Sörensen (1903) pour la synthèse des α-amino acides allie la synthèse de Gabriel et la synthèse malonique. L’action d’un alcoolate. L’hydrolyse acide conduit à l’acide phtalique et à l’acide aminé sous forme de sel (schéma 8.119). Le phtalimide potassé réagit avec un halogéno malonate. De même. donnent lieu à une substitution intramoléculaire avec formation d’un cycle pouvant contenir 14 carbones (schéma 8. X(CH2)nX. Les réactions de substitution Les malonates mono ou disubstitués peuvent être saponifiés par la soude ou la potasse pour donner. RCH(COOH)2 ou R(R’)C(COOH)2. dans la mesure où elles ne peuvent pas réagir ellesmêmes dans les conditions de la synthèse malonique. après acidification. X(CH2)nCH(COOR)2. Les dihalogénures. les malonates monosubstitués par un groupe halogénoalkyle. RCH2COOH et R(R’)CHCOOH.355 8. les acides maloniques correspondants. par cette méthode car R de RX peut contenir des fonctions. H ∆ COOH Schéma 8. permet la substitution du groupe méthyne.119 Enfin.120 1) EtO 2) RX N-C(COOEt)2 R O . conduisent à des composés cycliques de 3 à 7 carbones (n = 2 à 6). Une propriété importante de ces acides est leur très facile monodécarboxylation par chauffage entre 150 et 200 °C. O O NK + ClCH (COOEt)2 N-CH(COOEt)2 O O O H2N-CH(R)-COOH + COOH H2O.120). 18b – Alkylation des acétoacétates Une autre synthèse comparable à la synthèse malonique est celle effectuée à partir des esters acétoacétiques.4. CH3COCH2COOR. mais sur CH3. et qui présente un intérêt particulier car l’ester substitué.2) conduisant à deux acides. carbanion le moins stabilisé.122). soit par l’action de la soude ou de la potasse alcoolique concentrée à chaud.1.356 Chimie organique 8. peut conduire. soit à une cétone.121). sinon un nouveau proton est extrait du groupe méthyle ce qui conduit à un bianion. O O H 3C C H3C C CH2 COOEt C H2O CH COOEt RX SN2 O H3C O H3C C CH OEt COOEt R CH COOEt H3C O C H ou HO dilué HO concentré CH O C H3C CH COOEt R (une seconde réaction d'alkylation est possible) COOH . la substitution se faisant alors sur le carbanion le moins stable (charge moins délocalisée) (schéma 8.CO2 H3C O C CH2 R R CH3-COO + R-CH2-COO Schéma 8. puis décarboxylation de l’acide formé. après acidification du milieu. par hydrolyse en mileu acide ou basique dilué à chaud. Ce dernier est intéressant car il permet une alkylation non orientée sur CH2. un seul équivalent de base doit être ajouté. dont l’acide acétique. CH3COCH2R. donner lieu à une réaction de rupture (mécanisme inverse de celui de la réaction de Claisen § 10. donc le plus réactif vis-à-vis des réactifs électrophiles O H 3C 2 EtO CH2 COOEt C O H2C C CH COOEt RX O H2 C C CH2 COOEt H R O H2 C R Schéma 8. CH3COCH(R)COOR. (schéma 8.121 Pour effectuer l’alkylation sur le groupe méthylène.122 C CH COOEt . d’aldéhydes. L’acidité de ces hydrogènes est moindre que celle du méthylène des malonates ce qui nécessite l’emploi de bases fortes.2-diméthoxyéthane sont les solvants les plus courants dans ce cas. CN. le N-isopropyl-Ncyclohexylamidure de lithium (très utilisé pour les esters et les nitriles) (schéma 8. non présentées ici. Toutefois. sinon ils peuvent neutraliser la base. doivent être ajoutées celles d’autres composés à hydrogènes acides pouvant former un carbanion. ou le 1. le THF. Lorsqu’une cétone aliphatique dissymétrique est alkylée.357 8. ou de nitriles Aux réactions indiquées dans le paragraphe précédent. R CH C H R H 2N O R CH C H R Et2NLi N R C R C H N R'X R' R C R C H O Schéma 8. le mélange des deux composés possibles est obtenu. Des alkylations de même nature sont possibles avec les esters cyanacétiques NC-CH2-COOR. 8. NaNH2. COR".123 Les solvants ne doivent pas être protiques. Il faut que tout le substrat soit transformé en carbanion sinon des réactions secondaires sont possibles par réaction du carbanion sur une fonction cétone ou ester de molécule non encore traitée par la base comme dans l’aldolisation ou la réaction de Claisen : ces bases sont des hydrures alcalins. mais pas tertiaires. permettent d’obtenir l’isomère souhaité.1. L’imine est ensuite hydrolysée pour reformer l’aldéhyde (schéma 8. de nitriles. La réaction n’est donc pas régiosélective. de cétones possèdant un groupe méthyne ou méthylène en α de ces groupes (CαH ou CαH2). ni d’aryles) peuvent être remplacés par des sulfonates ou des sulfates d’alkyles. le diéthylamidure ou le diisopropylamidure de lithium..124 H2O R' R C R C H N imine . Et2NLi ou iPr2NLi. C’est le cas d’esters. Ce sont les mêmes agents alkylants qu’en synthèse malonique. les halogénures (halogénures d’alkyles primaires et secondaires.18c – Alkylation d’esters. tBuOK.123). de cétones... R H C i-Pr NLi R'X R Z C Z R' R H C Z H H Z = COOEt. Pour les alkyler.124). Les réactions de substitution Dans ces réactions. La réaction n’est pas directement applicable aux aldéhydes. Le DMF. différentes méthodes. Le DMSO est employé avec succès lors de l’alkylation des méthylcétones en présence de KOH. on prépare d’abord l’imine de la cyclohexylamine qui est alkylée par action de diéthylamidure de lithium puis de l’halogénure. l’ammoniac liquide. ni vinyliques. Schéma 8. Dans ces conditions. R(R’)CH-COOH. AcOH H2 N N S H OMe Schéma 8. 8.18d – Alkylation des sels d’acides carboxyliques Les sels d’acides carboxyliques.126). peuvent être alkylés sur CαH ou CαH2 par des halogénures d’alkyle. 1979 (schéma 8. le carbanion formé est immédiatement transformé en ion aza-énolate. de benzyle ou allyliques. L’attaque de l’halogénure conduit à une nouvelle hydrazone avec un carbone asymétrique S. RCH2-COOH. ce qui présente un avantage pour préparer des acides. . Traitée par iPr2NLi. Me2S N N + N S N H OMe Li H H S OMe H O H S S H OMe S OMe S N N Li I O Zn. Il conduit à un résultat stéréochimique inverse de celui du SAMP. laquelle est limitée à la synthèse d’acides avec un CαH. par réduction par l’action du zinc dans l’acide acétique.125 Le RAMP est l’inverse optique (R) du SAMP. Le SAMP est le (S)-(-)-2-(méthoxyméthyl)-1pyrrolidinamine. O H 2N N S (SAMP) OMe N H N OMei-Pr NLi 2 N H H S N H O3. R(R’)(R”)C-COOH. permet d’obtenir le SAMP qui peut être recyclé. l’atome de Li+ est à la fois lié à l’azote (liaison ionique) et retenu par coordinance à l’oxygène du groupe méthoxy de l’hétérocycle.1. (R)(R’)CH-COOH (schéma 8. composé chiral appelé hydrazone-SAMP. sur la synthèse malonique.358 Chimie organique Cette méthode ne présente aucune stéréosélectivité contrairement au procédé SAMP d’Enders. la configuration de la double liaison est E. Dans ce procédé.125). Une ozonolyse dans le diméthylsulfure fournit l’aldéhyde énantiomériquement pur et le dérivé nitroso du SAMP qui. l’aldéhyde est d’abord transformé en hydrazone par action du SAMP. Le produit alkylé subit une hydrogènolyse en présence de nickel de Raney ce qui retire le groupe NO. Cette propriété des hétéroéléments est mise à profit pour la préparation d’aldéhydes. Le sym-trithiane est un hétérocycle qui possède trois groupes méthylènes activés .18e – Alkylation des sels d’acides aromatiques La réaction indiquée au paragraphe précédent est applicable aux sels d’acides aromatiques substitués par un groupe méthyle en position ortho ou para (schéma 8. ou autre.1. avant d’effectuer l’alkylation. Ce composé peut ensuite être alkylé par un halogénure.126 La réaction est effectuée avec une base forte.1. l’amine secondaire est traitée successivement par le nitrite d’éthyle dans le THF puis par i-Pr2NLi. L’acidité de NH des amines aliphatiques secondaires est supérieure à celle de CαH2 ce qui nécessite de substituer d’abord H de NH par un groupe COR (amide). car le dianion lithié résultant présente une meilleure solubilité dans les solvants que les dianions d’autres métaux alcalins. COO COO COO R'X i-Pr2NLi -X CH3 CH2 H2C R' Schéma 8.128).18f – Alkylation de carbones activés par la présence d’hétéroéléments Le caractère électroattracteur -I des hétéroéléments O. le diisopropylamidure de lithium. S rend acides les hydrogènes des groupes CαH et CαH2. Ce dianion a une structure de diénolate. avec formation d’alcools). puis de le retirer ensuite par une méthode adéquate. N. NO (nitrosamine). ce qui conduit à un composé lithié en position α de l’azote. 8. Les amines tertiaires aliphatiques peuvent être alkylées en position α. Les réactions de substitution R R H O C C H O i-Pr2NLi O C C H O R'X R O R C R' O C C H O C H O Schéma 8.127 8. Dans le cas d’une nitrosamine (A) (schéma 8.127). COOR (carbamate).359 8. mais peut aussi donner lieu à de nombreuses autres réactions des carbanions (en particulier la réaction avec des cétones. H R CHO OMe sym-trithiane ou 1. en présence d’acide oxalique. par hydrolyse. 2-alkyl-sym-trithiane. le moment venu. Le composé formé. traité par le butyllithium forme un dianion. Une réaction comparable peut être effectuée avec le 1.128 L’hétéroélément peut agir via un hétérocycle sur les hydrogènes d’une chaîne latérale. En effet ce système hétérocyclique qui peut subir de nombreuses réactions sans transformation. et par lesquelles une fonction aldéhyde serait.et 4-picolines (2. HgO S R' H2 Ni Ra R CH nitrosoamine B) N N O acétal S 1) BuLi 2) RX H2O. Une hydrolyse. puis par un halogénure. est alors décomposé en présence de chlorure mercurique et d’oxyde de mercure dans le méthanol en un acétal qui. Ainsi les 2. Les 1. soit par un groupe aliphatique ou aralkyle primaire ou secondaire.3. transformée.5-trithiane C) OMe R NH R CH R" HgCl2. décompose la molécule en libérant un aldéhyde (schéma 8. Les 1. l’addition d’un halogénure conduit à l’alkylation en position 2 (E). puis par un halogénure. Le cycle est ensuite réduit par le borohydrure de sodium. Le synthon est donc l’équivalent « caché » d’une fonction donnée qui peut être rétablie au cours d’une synthèse multi-étape.et 4-méthylpyridines) traitées par l’amidure de sodium. par une hydrolyse.3-dithianes sont désulfurés par le nickel de Raney en alcane. .129).3-dithiane (C). peut libérer cette fonction selon la nécessité de la synthèse. le groupe CH2 ou CH lié à l’hétérocycle est alkylé.3. En traitant ces composés par le n-butyllithium. A) R' NH R' C2H5ONO N N O R CH2 R CH2 R' 1) i-Pr2NLi 2) R"X S S 1) BuLi 2) RX S S S R MeOH S R" H2O.360 Chimie organique par la présence des atomes de soufre (B).3-dithianes substitués en position 2 sont considérés comme des synthons d’aldéhydes. L’hétérocycle est alors la 3.3-oxazine substituée en position 2. au contraire. libère un aldéhyde. cétones et acides carboxyliques. fournissent des dérivés alkylés correspondants (D).3-dithiane 1) NaNH2 D) 2) RX N CH3 N CH2 R 2-picoline (E) N CH3 N H BuLi N CH2Li N Li RX puis H N CH2 R N H 2-méthylbenzimidazole Schéma 8. 1976.5-triméthyl-dihydro-1. soit par CH2COOR. Le 2-méthylbenzimidazole. Ces propriétés des hétérocycles ont été à l’origine d’une synthèse des aldéhydes. En présence d’un équivalent de butyllithium dans le THF. il se forme un sel qui peut être alkylé par un halogénure.3-dithiane "synthon d'un aldéhyde" 1. par une réaction spécifique. H S S R CHO R 2-alkyl-1. la synthèse de Meyers. RCH2COOR’. en diminuant la température de la réaction ou en augmentant le nombre d’équivalents de sel par rapport au chlorure d’acide. ROCOCl. . Si le composé obtenu par cette réaction est triacylé. Les esters. Dans certains cas. par exemple.361 8. Elle peut être diminuée en travaillant dans des conditions expérimentales particulières. -78°C 2) R'X CH2-R N O NaBH4 CH-R N H R' IMe O O R' H2O. Z Z CH2 Z' Na CHNa solvant aromatique Z' Z RCOCl . par réaction avec un organomagnésien. il se forme aussi de petites quantités de composés O-acylés. Les réactions de substitution O N O 1) BuLi. Ph3CNa (préparé à partir de triphénylchlorométhane et d’amalgame de sodium Hg-Na) dans l’éther. L’utilisation des sels de thallium(I) des composés de départ oriente la réaction vers une O-acylation. L’acylation des cétones aliphatiques RCOCH2R’ est effectuée par addition de chlorure d’acide au sel formé en présence d’amidure de sodium ou de triphénylméthylsodium. qui.18a forment des sels de sodium en présence du métal divisé dans un solvant aromatique (benzène ou toluène).1. une O-acylation accompagne la C-acylation. ou les chloroformiates. mais sont assez peu utilisés.130).NaCl CH-COR Z' Schéma 8. 8.129 L’action de l’iodure de méthyle sur le composé de départ forme un sel d’iminium. suivie d’une hydrolyse permet la formation de cétones.130 Les anhydrides réagissent aussi. Ces sels réagissent ensuite avec les chlorures d’acides. THF.19 – Acylation de carbones activés par les groupes ou atomes environnants Les composés ayant un groupe méthyne ou méthylène activé par deux groupes électroattracteurs Z et Z’ définis au § 8. H R'MgX N CH2-R Me R' O CH2-R N CH2-R Me H CH-R R' H2O HOCO-COOH O C CH-R R' Schéma 8. sont acylés sur le méthylène à partir de leurs sels de lithium obtenus par action du N-isopropylcyclohexylamidure de lithium à –78 °C. pour fournir les composés C-acylés correspondants (schéma 8. Dans le cas où Z et / ou Z’ sont des groupes RCO.1. l’hydrolyse contrôlée peut conduire au retrait spécifique de l’un de ces groupes qui peut être l’un des groupes acyles du composé de départ. 4. 2 Li CH C O O Li R'COCl . . R(R’)CH-COOH) (schéma 8.LiCl COR' R COR" O CH C HCOOR' . 2 R-CH2-COOR' EtO R-CH2-CO-CH(R)-COOR' + EtOH (Claisen) EtOH CH2-COOR CH-COOR Na . Les formiates produisent des acides α-formylés qui ont la particularité de se décarboxyler immédiatement pour conduire à un aldéhyde. avec les acides.131). .CO2 R-CH2-CHO Schéma 8.362 Chimie organique Les réactions de Claisen. RX.EtO (Dieckmann) CO COOR Schéma 8.Na COOR CH-COOR .132). et de Dieckmann sont d’autres solutions très importantes pour l’acylation des esters (§ 10. RCOCl : des β-céto acides en sont le résultat. Comme avec les halogénures.LiOR" R"COOEt -LiOEt R O Li CH=O O R CH C O CH C O Li O Li H .2) (schéma 8.132 Les β-céto acides sont aussi décarboxylés en cétones.Li .131 Les sels de lithium d’acides carboxyliques forment des dianions lorsqu’ils sont traités par iPr2NLi. Ces composés peuvent aussi être obtenus par action d’un ester carboxylique sur le dianion (difficilement. ils sont acylés sur CαH par les chlorures d’acides. mais par chauffage. O R CH2 C O iPr2NLi R O CH C O R . le caractère électroattracteur qu’il exerce sur les hydrogènes est fonction de son hybridation. Pour le le carbone. Cet ion est formé lorsqu’un alcyne terminal est traité par une base alcaline forte comme l’amidure de sodium dans l’ammoniac liquide ou par le n-butyllithium dans le diéthyl éther. l’acétylure est obtenu par action du sodium dans l’ammoniac liquide ou dans un mélange de THF et de DMF. Dans le cas de l’acétylène (ou éthyne). comme pour la formation des nitriles. une double alkylation peut avoir lieu.134). L’halogénure peut être remplacé par un sulfate ou un tosylate d’alkyle. comme dans l’hybridation « sp ». et non ramifié en position β. de l’éthylène et de l’éthane du schéma 8. celle déjà indiquée et celle du carbone en position α de la triple liaison. Lorsqu’il y a hybridation. en raison du caractère acide des hydrogènes portés par ce carbone (schéma 8. Les réactions de substitution 8. ce qui rendra l’hydrogène qui lui est lié. l’acidité est d’autant plus forte que A est plus électronégatif ou électroattracteur. Si deux équivalents de base sont ajoutés à l’alcyne. Na R C C .1. Une seconde alkylation est évidemment possible dans ce cas. plus le caractère « s » sera élevé.133.363 8. comme le montre les pKa des hydrogènes de l’acétylène. R’X. La structure de l’ion acétylure (ou ion alcynyle) est isoélectronique de celle de l’ion cyanure (voir schéma 8. Il est intéressant de remarquer que l’acétylène mis à barboter dans une solution ammoniacale de chlorure cuivreux ou de nitrate d’argent conduit à des acétylures de cuivre ou d’argent qui ont la particularité d’être instables: aussitôt secs. L’halogénure. afin d’éviter les réactions d’éliminations. Les électrons d’orbitales « s » sont plus retenus par le noyau atomique que les électrons d’orbitales « p ».20 – Alkylation d’un carbone acétylènique Pour un composé AH. ou à un carbone hybridé « sp3 » d’un alcane. sp sp H C C H > CH sp2 sp2 C H 25 pKa : R C H > C 44 H H sp3 sp3 C H H C H 50 H C N ion cyanure C C carbanion acétylure ou anion alcynyle NaNH2 R C C . ils explosent. . doit être primaire. plus le carbone ainsi hybridé aura un caractère électroattracteur.133 La réaction avec l’halogénure donne de meilleurs résultats si l’acétylure de lithium est complexé par la diéthylènediamine ce qui évite l’aggrégation des molécules lithiées et les rend plus réactives. plus acide par rapport à celui lié à un carbone hybridé « sp2 » d’un alcène. Li NH3 liquide n-BuLi Et2O H H R'X R C C R' + NaX Schéma 8.133). 21a – Acide sulfhydrique et ses sels L’acide sulfhydrique.364 Chimie organique CH 2 BuLi R CH C R CH2 C C R'X R CH C C R'X R CH C C R' R' R' Schéma 8.1. O R C C + H 2C CH2 R C C CH2 CH2O H R C C CH2 CH2OH Schéma 8. Souvent.136 8. En fait. réagit avec les halogénures (et esters sulfuriques ou sulfoniques) d’alkyles primaires.134 L’action d’un époxyde sur l’ion acétylure conduit à des alcools acétylèniques (schéma 8.1. .135 Les organomagnésiens préparés à partir d’alcynes terminaux (ou alcynes vrais) réagissent avec des halogénures suffisamment actifs. R C CH R + R'MgX C MgX + R'H C R"-CH=CH-CH2X R C C CH2-CH=CH-R" + MgX2 Schéma 8. un thioéther accompagne le thiol. la réaction s’effectue sur NaSH obtenu par barbotage de l’acide dans la soude ou la potasse (A. La réaction n’a pas lieu avec les réactifs tertiaires car des éliminations ont lieu. benzyliques ou propargyliques. H2S.136).135). et plus difficilement avec les secondaires pour former des thiols. le plus souvent. mais pas avec les halogénures aliphatiques primaires (schéma 8.21 – Substitutions nucléophiles par les dérivés soufrés 8. La catalyse par transfert de phase est souvent utilisée. allyliques. schéma 8.137). RSR. RX + R'SNa .5). Le thiol lui-même ne peut être utilisé qu’en présence d’une base. En présence d’alcools et d’iodure de zinc les S-thioacides forment des S-thioesters. Le sulfure de sodium. RSNa (ou K).137 Les chlorures d’acides réagissent sur H2S pour former des S-thioacides RCOSH (B). 8. Na2S.365 8. RSR’ (schéma 8. le DBU (figure 8.21b – Thiols et thiolates Les thiolates alcalins. la réaction conduit à des S-thioesters. les anhydrides et les esters aryliques conduisent à un résultat semblable à partir de NaSH (C).NaX thiol (B) RCOX + H2S . RCOSR’.138 C S-R + H2O .138). ZnI2 RCOSH S-thioester S-thioacide RCOSNa (C) (RCO)2O + NaSH (D) 2 RX + Na2S RCOSR' + H2O + RCOOH R-S-R + 2 NaX thioéther ou sulfure CH2 CH2X (E) + Na2S S CH2 CH2X sulfure cyclique Schéma 8. Les composés dihalogénés peuvent conduire par cette réaction à des composés cycliques (E).HX R'OH. X thioéther sel de sulfonium RCOSR' + RCOONa H2SO4 R1 R2 R3 R3 Schéma 8. dans le benzène. Les réactions de substitution NaOH (A) H2S NaSH RX R-SH . réagissent facilement avec les halogénures (et esters sulfuriques ou sulfoniques) d’alkyles primaires et secondaires pour former des thioéthers ou sulfures. lorsqu’il est traité par deux équivalents d’halogénure (D).1. fournit un thioéther ou sulfure.NaX (RCO)2O + R'SNa R1 R2 C OH + RSH R' R'X R-S-R' R-S-R' . Avec les anhydrides et les esters aryliques. 21d – Ion thiosulfate Comme la thiourée. Un halogénure forme un sel de S-alkylisothiouronium qui est décomposé par une base alcaline en produisant un thiolate à côté d’urée qui. fournit le thiolate. qui. par hydrolyse basique.21c – Thiourée La thiourée est souvent un réactif de choix pour la préparation de thiols. les ions thiosulfates permettent de préparer les thiols. NH NH2 HS C S C NH2 NH2 formes tautomères de la thiourée NH RBr + HS C NH2. La réaction entre ce sel et un halogénure d’alkyle conduit au sel de Bunte. Les thioéthers forment des sels de sulfonium en présence d’halogénures d’alkyles.366 Chimie organique Les alcools tertiaires réagissent sur les thiols en présence d’acide sulfurique pour former un sulfure. R-S-SO3-. Br RS C NH2 NH2 . est décomposée en cyanamide et eau (schéma 8. Dans certaines conditions.140 R-S-S-R' disulfure .Br RS NH2 C NH2 RS NH2 NH2 H O H HO + O C RSH urée thiol bromhydrate deS-alkylisouronium H2NCN + H2O cyanamide Schéma 8.139).140).1. plus particulièrement les iodures.1.139 8. 8. par réaction avec le sel de Bunte. dans les conditions de la réaction. RBr + Na2S2O3. 5H2O R-S-SO3Na + NaBr sel de Bunte + R'SH HCl RSH Schéma 8. le thiolate peut être transformé en di. tri ou tétrasulfure (schéma 8. 1. .141). En raison du caractère ambident de l’ion cyanure (schéma 8. benzyliques et allyliques sur les cyanures alcalins dans le DMSO constitue la méthode principale de préparation des nitriles correspondants (synthèse de Kolbe. voire pas du tout. RX est attaqué par l’atome du nucléophile le plus polarisable. RX + R'SO2Na R-SO2-R' + NaX sulfone RX + R'SO2H DBU R-SO2-R' + HX RX + SO3Na2 R-SO3Na + NaX sel d'acide sulfonique Schéma 8.142). 1832). entre autres.5) pour conduire à des sulfones (schéma 8. soit à partir de cyanure de cuivre(I).1. Les nitriles vinyliques sont préparés par cette réaction. C N RX + KCN C DMSO SN2 N (ion ambident) R-CN + KX Schéma 8.21e – Sels d’acides sulfiniques et ion sulfite Les halogénures d’alkyles réagissent avec les sels d’acides sulfiniques (ou les acides en présence de DBU (figure 8. la catalyse par transfert de phase et l’utilisation des ultrasons rend la réaction plus rapide. l’azote.se fait par l’atome qui possède de plus haute densité électronique. Les halogénures aliphatiques secondaires réagissent très difficilement.142 Dans certains cas.143).22a – Anion cyanure La réaction des halogénures aliphatiques primaires. 8.141 Les sulfites alcalins forment en présence d’halogénures d’alkyles des sels d’acides sulfoniques. La précipitation de l’halogénure d’argent facilite la formation d’un carbocation R+ et par conséquent une réaction SN1: l’attaque de celui-ci par l’ion CN. lorsqu’on utilise le cyanure d’argent ou de cuivre(I).367 8. Les réactions de substitution 8. la réaction s’oriente alors vers la formation d’un isocyanure RNC (schéma 8. Dans le cas général. Le mécanisme est SN2. et avec d’autres solvants que le DMSO. et les halogénures tertiaires conduisent à une réaction d’élimination. dans ce cas. le carbone. soit à partir du cyanure de potassium en présence de nickel.22 – Autres substitutions nucléophiles faisant intervenir un composé minéral 8.1. R-OH + NaCN Me3SiCl. Me3SiCl.145 Les chlorures d’acides réagissent sur le cyanure de cuivre(I) pour former des acylnitriles (schéma 8.368 Chimie organique C N RX + Ag. et des acyl azides.145). RCON3. INa R-CN DMF. CN C N + CN AgX + R SN1 R N C isocyanure Schéma 8. Le mécanisme est encore incertain. SnCl4 (schéma 8. CH3CN Schéma 8.143 Les halogénures peuvent être remplacés par les sulfates.146 8.1.22b – Anion azoture Les azides alcalins comme NaN3 (composés explosifs lorsqu’ils sont chauffés à sec ou sous l’effet d’un choc. Les cyanures peuvent être remplacés par le cyanotriméthylsilane.144). RCOCl + Cu(I)CN RCO-CN + CuCl acylnitrile Schéma 8. RX + NaN3 SN 2 sodium azide R-N3 + NaX azide AlLiH4 Schéma 8. secondaires ou tertiaires dans un mélange de diméthylformamide et d’acétonitrile conduit aux nitriles correspondants avec de bons rendements (schéma 8. les tosylates. Me3SiCN RX RCN SnCl4 Schéma 8.144 L’action de NaCN. les triflates (surtout vinyliques et avec LiCN). qui réagit avec les halogénures aliphatiques tertiaires en présence d’un acide de Lewis.146). et de traces d’iodure de sodium sur les alcools aliphatiques primaires.147 RNH2 . d’où leur utilisation dans les airbags) réagissent avec les halogénures d’alkyles (mécanisme SN2) et les chlorures d’acides (ou les anhydrides d’acides) pour former respectivement des alkyl azides RN3. Me3SiCN. 1. Les alkylazides peuvent être réduits en amines par l’hydrure de lithium aluminium dans l’éther (schéma 8. sont très souvent les produits secondaires de ces réactions en raison du caractère ambident de l’anion nitrite.148 8.22c – Anion nitrite Les nitrites alcalins réagissent avec les bromures et iodures d’alkyles primaires et secondaires pour former les dérivés nitrés correspondants (mécanisme SN2) (schéma 8. Les réactions de substitution Ces réactions sont facilitées par la catalyse par transfert de phase ou par action des ultrasons. RO-N=O (ou nitrites d’alkyles). RX O SN 2 + NaNO2 R N O nitroalcane O R X N O RX R R -X O N S N1 + AgNO2 O O R-O-N=O N O + AgX nitrosooxyalcane solvant RX R + X polaire R + O N O R O N O Schéma 8.15. en présence de triphénylphosphine. RNCO.369 8. par chauffage. Ils peuvent être prépondérants si la réaction est effectuée avec les halogénures d’alkyles secondaires ou tertiaires et le nitrite d’argent (mécanisme SN1). les mésylates.147). les tosylates aliphatiques ou les époxydes (dans ce dernier cas. Les acylazides obtenus aussi par la réaction de Curtius (§ 6.2e) conduisent aux isocyanates. Les halogénures aliphatiques tertiaires réagissent mieux en présence de chlorure de zinc dans le sulfure de carbone. . Les nitroso-oxyalcanes. Ph3P) (schéma 8.148). H N O Ar CH CH2 H Ar CH CH2 O Ar CH CH2 OH Ar N3 N3 N3 Ph3P CH CH2 2-arylaziridine β-azido alcool Schéma 8.149 Le nitrite d’argent ne réagit qu’avec les iodures et bromures d’alkyles primaires.149). Les azides alcalins peuvent aussi réagir avec les alcools. il se forme un β-azido alcool qui peut être cyclisé en aziridine. 8. les cyanates réagissent toujours par une N-alkylation qui conduit aux isocyanates. par exemple.22d – Anions cyanate et thiocyanate Les anions cyanate.370 Chimie organique 8. respectivement. sont ambidents. Ces derniers sont plus facilement préparés par action du cyanure de sodium sur le thiosulfate de sodium.150). sous atmosphère inerte (azote.1. Dans celui-ci. R-SCN. Par contre. o Les organomagnésiens ou réactifs de Grignard (1900) Ils sont facilement préparés à partir d’halogénures divers et de copeaux de magnésium dans l’éther ou le THF anhydre. et thiocyanate. RNCO. N C N O C O ion cyanate RX + Na-N=C=O R-N=C=O + NaX isocyanate RX + Na-N=C=S R S C N ∆ thiocyanate R-N=C=S isothiocyanate R-S-S-O3Na + NaCN thiosulfate de sodium Schéma 8. substitués sur N et O (pour les cyanates) ou N et S (pour les thiocyanates) (schéma 8. Ils sont. les bases conjuguées des acides cyanique et thiocyanique.1. RNCS. allyliques (mais des réarrangements sont toujours possibles) ou benzyliques (schéma 8.150 En fait. Il est donc envisageable que leurs réactions avec des halogénures d’alkyles conduisent à un mélange de composés. HNCO et HNCS. NCS-. sont rassemblées quelques autres réactions importantes.151). 8. NCO-. de nombreux composés organométalliques plus ou moins complexes sont capables d’effectuer un couplage entre leurs groupes organiques et ceux des halogénures. par une S-alkylation. thermodynamiquement plus stables. . par exemple).23 – Autres substitutions nucléophiles faisant intervenir un composé organométallique Dans les paragraphes précédents quelques réactions faisant intervenir des organomagnésiens ont été indiquées. quelques exemples sont donnés ci-après.1. Le couplage de ces composés avec d’autres halogénures n’est possible que si ces derniers sont suffisamment réactifs. Ils se réarrangent par chauffage en isothiocyanates. les thiocyanates conduisent dans la majorité des cas à des thiocyanates d’alkyles. Seuls.23a – Réaction de couplage avec les halogénures En plus des dérivés lithiés. les organomagnésiens sont de plus en plus souvent remplacés par les organocuprates car.BuH . Dans ce type de réaction de couplage.8.1) ce qui forme le sel d’un alcool tertiaire. On peut aussi ajouter l’organomagnésien lentement sur le chlorure d’acide ce qui limite la possibilité de réaction secondaire. Les sels de Ni(II) sont utilisés pour le couplage d’organomagnésiens dérivés d’halogénures d’alkyles primaires. mais pas les halogénures d’alkyles. secondaires. par exemple) directement sur l’alcyne en raison de l’acidité de H de CH (schéma 8. Les organomagnésiens d’alcynes terminaux. RMgX R C C H BuLi . ces derniers ne réagissent pas avec diverses fonctions carbonylées ou autres pouvant être présentes dans l’halogénure. on utilise l’organolithien correspondant de l’alcyne complexé par le tétraméthyléthylènediamine (TMEDA). mais elle réagit immédiatement avec l’organomagnésien présent dans le milieu par une réaction d’addition sur le groupe carbonyle (§ 10.152 Lorsque l’halogénure est un chlorure d’acide. Les réactions de substitution CH2Br Mg RX RMgX CH2-R diéthyléther ou THF CH3I. avec des halogénures vinyliques ou d’aryles.371 8.151 Les réactions avec des halogénures d’alkyles primaires ou secondaires sont possibles à condition d’additionner au milieu un catalyseur comme les sels cuivreux pour les halogénures primaires. CuI X CH3-R . contrairement aux organomagnésiens. par exemple en raison d’un encombrement stérique important. ou d’aryles. Ils peuvent réagir avec de nombreux halogénures dans la mesure où ces derniers sont très actifs. Dans ce dernier cas.RH R C R C C MgX C Li Br-CH2-CH=CH-R' .152). Certains complexes du palladium ainsi que les sels ferriques catalysent les réactions avec les halogénures vinyliques. une solution évitant la réaction . R-C≡C-MgX. les organomagnésiens. RC≡CH. allyliques et propargyliques. R’COR. comme les halogénures benzyliques. Dans la mesure où la réaction de couplage passe par un intermédiaire tétraèdrique. NiX2 R Schéma 8. forment une cétone. RMgX.MgBrX R C 1) (Me)2N-CH2-CH2-NH(Me)2 2) R'X (R' = alkyl) C CH2-CH=CH-R' R C C R' Schéma 8. la cétone peut être obtenue. sont facilement préparés par action d’organomagnésien (CH3MgBr. Lorsque la cétone ainsi formée est peu réactive envers l’organomagnésien. Les composés organocuivreux. Ils sont très variés.153 Ce composé est isolé. Dans le cas où R’ de R’X est un groupe alkyle.154 Les réactifs de Gilman. vinylique ou aromatique. R2CuLi.372 Chimie organique secondaire est de l’effectuer en présence d’un réactif qui forme un composé stable en piègeant l’alcoolate formé. .155). pour libérer la cétone. CN. l’organocuivreux peut réagir avec une seconde molécule pour former un alcane R-R. en raison de leur moindre réactivité comparée à celle des organomagnésiens correspondants). La nature de R est variée : alkyle primaire (mais pas secondaire ou tertiaire). o Les composés organocuivreux et organocuprates Dans ces réactions avec les halogénures. Le cuivre est ensuite transformé en composé organo cuivreux par action d’halogénures d’alkyles. Ces composés organocuivreux réagissent avec les halogénures d’acides (pouvant contenir un groupe COOR”. RCu.154). chloro. puis traité. sont préparés par action de composés lithiés RLi sur un halogénure cuivreux (souvent CuI) dans l’éther à basse température. ou chloro ) pour former des cétones (schéma 8. ou en ajoutant un organocuivreux à une solution d’alkyllithium (schéma 8. Certains catalyseurs ferriques ou cuivreux orientent la réaction de couplage vers la cétone aux dépens de l’alcool tertiaire. 2 Cu + RX CuR + CuX Cu + 2 RX R-R + CuX2 R'COCl RCu RCOR' Schéma 8. comme le triméthylchlorosilane (schéma 8. organocuprates de lithium. RMgX R'COCl R-CO-R' OMgX R C R RMgX R MgX C Cl Me3SiCl O-SiCMe3 R R' C Cl H2 O OH R C R R' R' R'COCl O H R-CO-R' R' Schéma 8. sont préparés à partir de cuivre(0) activé obtenu par action de naphtalène-lithium sur un complexe iodure cuivreux-triphénylphosphine. ester. d’aryles ou vinyliques (qui peuvent contenir des groupes tels que cyano. Des méthodes faisant intervenir des catalyseurs pour l’utilisation de réactifs de Gilman dérivés de groupes alkyles secondaires ou tertiaires ont été mises au point mais dépassent le cadre de cet ouvrage. allylique.153). les organocuprates remplacent avantageusement les organomagnésiens. sans réaction secondaire. CuI-P(Ph)3. RMeCuMgX. aromatique et peut contenir un groupe cyano. R et R’ ne peuvent être secondaires ou tertiaires. cétals. benzyliques. ou acétals avec les orthoformiates.23b – Réaction de couplage avec les acétals. ester nitro. Les groupes alkyles secondaires sont aussi introduits via le réactif. En effet. o Organocadmiens et organozinciques Préparés à partir d’organomagnésiens et de chlorure de cadmium. RCu(CN)ZnI. aromatiques. préparés par action de 2 RLi sur CuCN à –78 °C. vinyliques et même allèniques. ou de méthylalkylcuprates de magnésium. Les organozinciques. tertiaire. Toutefois. Inversement. PhS(R)CuLi. Les éthers ne réagissent pas avec les organomagnésiens (c’est le diéthyléther qui est le solvant le plus utilisé pour leur préparation). R2Cd. allyliques. les réactifs. Toutefois. R’ peut être un groupe alkyle primaire. secondaire. 8. les organocadmiens. . Avec les halogénures d’acides. R2Cu(CN)Li2. mais pas aromatique. les groupes R secondaires et tertiaires aliphatiques peuvent être acceptés moyennant l’emploi de réactifs particuliers. Dans ces composés.155 Les halogénures R’X du couplage peuvent être aliphatiques primaires. l’emploi de PhS(R)CuLi avec R secondaire permet des couplages avec des iodures d’alkyles primaires. R du réactif de Gilman est limité aux groupes alkyles primaires et vinyliques. Les réactions de substitution 2 RLi + CuI R2CuLi + LiI R2CuLi RCu + RLi R CuLi R'-R R'X 2 R2CuLi R'CO-R R'COCl Schéma 8. la cétone RCOR’ (schéma 8. y compris s’ils contiennent un groupe ester. L’hydrolyse des cétals et acétals conduit aux cétones et aldéhydes correspondants (schéma 8. CuBr. cétonique ou un un halogène comme l’iode. R est un groupe alkyle primaire ou aryle. ou des complexes du nickel. des cétals.156). CdCl2.160) est obtenue sans produit secondaire. avec R primaire. les réactifs de Gilman se montrent plus intéressants que les organomagnésiens et les simples organocuivreux. et avec les orthoesters. Toutefois. cétals pour former des éthers. ont un comportement proche des organocadmiens. orthoesters et époxydes o Les organomagnésiens Les organomagnésiens réagissent avec certains composés ayant une liaison C-O-R. comme les acétals. Ils peuvent contenir un groupe carbonylé.1. les éthers allyliques et vinyliques peuvent réagir.373 8. permettent des couplages avec des halogénures secondaires. Par contre. voire vinylique. en présence de catalyseurs comme le bromure cuivreux. réagissent avec les chlorures d’acides. dans la mesure où ces réactifs n’attaquent pas les fonctions carbonylées. complexés par BF3 substituent un groupe alcoxy de l’acétal par leur groupe R ce qui conduit à un éther.2 EtOH C R" O R" cétal ou acétal (R =H) orthoester R"X OR' OR' R"-Mg-X R1 C R" OR' .158). O R1 R2 C OH R(CN)CuLi C CH2 R1 C CH2 C O CH2 O Schéma 8. Un alcool en résulte (schéma 8.2 R'OH HC(OEt)3 H R"MgX orthoformiate d'éthyle cétone ou aldéhyde H OEt H2O. RCu. comme les organomagnésiens (schéma 8.158 R1 CH2-R . H 2 C OR' . H OEt .156 Avec les époxydes. Il en est de même des organolithiens.374 Chimie organique R1 C O 2 R'OH R2 OR' R2 OR' Mg éther-oxyde R C R" R OR' H O.R'OMgX C R'O C H cétone ou aldéhyde (R2 = H) R R1 C O R" aldéhyde ayant le même groupe R" que l'halogénure de départ Schéma 8. secondaire.157). R2CuLi.R'OMgX R2 cétal ou acétal R"-Mg-X .157 L’attaque a lieu sur le carbone le moins encombré selon un mécanisme SN2. o Les composés organocuivreux et cuprates Les composés organocuivreux. et les cuprates. O R1 C R2 OH OMgX CH2 + R-Mg-X SN2 R1 C CH2 R H R1 C CH2 R R2 R2 Schéma 8. le cycle est ouvert en présence d’un organomagnésien qui peut être aliphatique (primaire. rarement tertiaire) ou aromatique. et mieux encore.23c – Réactions avec les anhydrides. R2CuCNLi2. contrairement aux organomagnésiens. o Les cuprates Les réactions des anhydrides et esters avec les cuprates ne permettent pas l’obtention de cétones. Cette réaction n’est possible qu’à haute température. pour substituer le groupe OR’ par R” (de R”Li). amides o Les organomagnésiens Comme avec les chlorures d’acides (§ 10. La réaction est orientée vers le carbone le moins encombré avec inversion de configuration. o Les organolithiens Ultilisés dans le toluène à l’ébullition. Peu de cétone est produite à partir des amides. car dans le cas contraire. R-COOR' R"Li toluène ∆ 2 R"Li R-CO-R" OH R (via RCOR") Schéma 8. Par contre.2).HCl -40 à -78°C Schéma 8.1. présentent l’intérêt de pouvoir ouvrir les cycles époxydes possèdant des groupes carbonylés (cétones. RCOOR’. [RCu(CN]Li (qui résultent de l’addition d’un équivalent de cyanure cuivreux CuCN à un équivalent d’alkyllithium dans l’éther à –40 °C).160). les organocyanocuprates de lithium.375 8. réagissent plus facilement avec les époxydes que les organocuprates R2CuLi. esters carboxyliques. RCOSR’. Les réactions de substitution Les organocuprates de lithium. acides) sans qu’il y ait interaction avec ces groupes. sauf dans des conditions particulières déjà décrites: addition de l’anhydride ou de l’ester lentement à l’organomagnésien. basse température. R-COCl + R'SH R"2CuLi pyridine R-CO-R" R-CO-SR' .8. la réaction s’oriente vers une addition-élimination avec formation d’alcools tertiaires (schéma 8. les dialkylcuprates de lithium forment des cétones avec les thioesters. Les organocyanocuprates de formules.159 Les thioesters résultent de la réaction des chlorures d’acides avec les thiols en présence de pyridine (schéma 8. 8.160 C R" R" . les organolithiens réagissent avec les esters. les anhydrides et esters réagissent avec les organomagnésiens en conduisant à des alcools tertiaires et non pas à des cétones. esters. La présence de BF3 peut les rendre plus actifs.159). et pour les mêmes raisons. utilisation de solvant comme HMPT. dans l’éther ou le THF entre –40 et –78 °C. 161). et d’ordre nul pour le réactif électrophile.1 – Mécanisme SE1 (substitution électrophile monomoléculaire) C’est un mécanisme qui a quelques analogies avec le mécanisme SN1. SEi et SEi’. et la réaction est lente. On distingue 5 mécanismes de ce type qui sont référencés sous les abréviations SE1. SE2. aldéhyde R = alkyl ou aryl .376 Chimie organique Cette réaction de substitution est aussi applicable aux amides N. La première consiste en l’ionisation d’une liaison entre un atome de carbone et un groupe potentiellement électrophile qui est le plus souvent un hydrogène rendu acide par la présence en α d’un groupe -I. H+) comme dans l’exemple donné d’un échange H → D. La réaction est du premier ordre pour le substrat. Une base est nécessaire pour extraire E+ (dans ce cas. les substitutions électrophiles aliphatiques font souvent intervenir des composés organométalliques.161 8. Il nécessite deux étapes (schéma 8. La configuration du carbone chargé dans le carbanion résultant peut s’inverser avant de réagir rapidement dans une seconde étape avec un réactif électrophile du milieu.OD + D-O-H Schéma 8.N’-disubstitués (schéma 8. cétone Schéma 8.162 Ph C C Et O D mélange racémique Me Ph C C D O Et . Le résultat est une racémisation.162).2. 8. R E R E lent base: B R + R + E BE E' rapide R E' E' R E' + BE Me Me Et H D-O Ph C C O composé optiquement actif Me Et D-O-D Ph en excès C C O . SE2’. R"Li R-CO-N(R')2 R-CO-R" Si R = H .2 Substitutions électrophiles aliphatiques Réactions moins fréquentes que les substitutions nucléophiles. toutefois. il est possible que dans certains cas particulièrement rares une attaque analogue à celle de SN2 conduise à une inversion de configuration.2. O R1 Br C R2 Li .164.163). Dans ce cas. la configuration de départ est conservée par le carbanion vinylique. à une inversion de configuration du carbone attaqué. Il a donc quelque analogie avec SN2. La cinétique de cette réaction est du premier ordre pour chacun des composés intervenants.163 Le carbanion qui en résulte peut être carbonaté par l’anhydride carbonique pour former un acide vinylique.2 – Mécanisme SE2 (substitution électrophile bimoléculaire) Ce mécanisme très rare consiste en un déplacement concerté d’un groupe électrophile par un autre comme dans l’exemple présenté dans le schéma 8. En effet. cette condition disparaît dans le cas d’un mécanisme SE1 dans la mesure où le carbanion est plutôt pyramidal. Elle est donc d’ordre 2.164 .LiBr C R3 C R1 C C R2 C (puis H ) R3 CO2H R1 O R2 C R3 configuration maintenue Schéma 8. 8. * Cl Ph H3C H Cl C CH2 Hg H3CCO H * H3 C Hg H3 C H3 C C CH2 Hg Cl + Cl-Hg H3CCO H * Ph H (expérimentalement les deux composés formés contiennent Hg ) Schéma 8. Toutefois. la substitution selon le mécanisme SN2 conduit. sur le plan stéréochimique le résultat est inverse. Un cas particulier de la réaction SE1 est celle effectuée sur des halogénures vinyliques en présence de lithium (schéma 8. Dans le cas du mécanisme SE2.377 8. Des composés où R est cyclique pourront donc donner lieu à des réactions SE1. il y a rétention de configuration : le carbone est attaqué du côté où se trouve le groupe électrophile E lié à ce carbone. Les réactions de substitution Si le passage par un carbocation dans le mécanisme SN1 nécessitait une certaine liberté des liaisons autour du carbone lié à Y pour que la formation d’un plan soit possible. sur un composé chiral. 165). ou bien. Il a été indiqué que les attaques de l’électrophile substituant pouvaient être du même côté que l’électrofuge (groupe électrophile qui est substitué) ce qui conduit à une rétention de configuration du carbone chiral du substrat impliqué dans cette réaction.378 Chimie organique 8.E-Nu C R2 R3 E R1 SE2 avec inversion de configuration (très rare) E' R1 .165 8.166). H3C H H H3C C O bromo(but-2-ènyl)mercure C C CH2 H3C CH2 CH CH2 HgBr H but-1-ène HO acide acétique protoné + HgBr Schéma 8. les produits de la réaction sont formés (schéma 8.3 – Mécanisme SE2’ (substitution électrophile bimoléculaire avec réarrangement) Le mécanisme SE2’ est peu différent du mécanisme SE2. Une troisième possibilité est. le groupe nucléophile qui accompagne l’électrophile substituant devienne coordonné au groupe électrofuge. Dans l’exemple présenté (schéma 8.166 C Et Me * Br Hg + HgBr2 .E+ C E' R3 C E' R2 R2 R3 SE2 avec rétention de configuration E' R3 R2 R3 R1 Nu . du côté opposé à l’électrofuge avec inversion de configuration de ce même carbone.2. E' R1 C E R2 R1 R1 . Par un mécanisme concerté cyclique à quatre centres.E+ C E' R2 E R3 mécanisme concerté SEi Br H Br C Et Me Hg Br Hg* H + Hg* Br C Br Et Me H Hg Br Schéma 8.4 – Mécanisme SEi (substitution électrophile interne) Le mécanisme SEi est un cas particulier du mécanisme SE2.2. La différence se trouve dans la formation d’un composé résultant d’un réarrangement. l’acide acétique protoné représente l’eléctrophile. qu’à l’état de transition. ce qui constitue un état de transition cyclique. très rarement. 167 (mécanisme concerté à 6 centres). (CH3)2N-CH2CH2N(CH3)2. la réaction est facilitée si le carbanion formé est stabilisé par résonance (carbanion allylique. t-BuOK.6 – Substitutions électrophiles aliphatiques avec un hydrogène comme groupe partant 8. comme base. la lithiation peut se poursuivre sur le groupe méthylène en α de la triple liaison.2. les alkyllithium sont des réactifs de choix. Dans ce dernier exemple.167 8. Lorsque les hydrogènes sont peu acides. Les hydrogènes vinyliques sont substitués par le potassium sous l’action d’un mélange de butyllithium. De nombreux exemples parsèment les réactions présentées dans cet ouvrage : les bases les plus utilisées sont les alcoolates alcalins dans les alcools correspondants.5 – Mécanisme SEi’ (substitution électrophile interne avec réarrangement) C’est le mécanisme SEi auquel s’ajoute un réarrangement moléculaire comme dans l’exemple donné dans le schéma 8. benzylique ou propargylique. et les amidures de sodium ou de potassium dans l’ammoniac liquide. méthylène ou méthyne activé par un ou des groupes électroattracteurs -I est une substitution électrophile avec transfert d’un proton (schéma 8.379 8.168 La formation de carbanions (ou d’énolates) par substitution par un atome métallique d’un hydrogène acide d’un groupe méthyle.6a – Substitution d’un hydrogène par un atome métallique RH + MR' RM + R'H RH + NaOEt RNa + EtOH RH + BuLi RLi + BuH RH + NH2K RK + NH3 RH + R'MgX RMgX + R'H Schéma 8. Les réactions de substitution 8. Me Me H CH C H Cl Cl HgBr C Me CH2 H CH2 H H H CH HgBr C H C Br CH2 + Hg Cl Schéma 8.168). BuLi et de t-butylate de potassium. ou dérivé d’un alcyne terminal). .2. en présence de tétraméthyléthylènediamine (TMEDA).2. Dans le cas de composés aliphatiques. 171). l’ordre de vitesse croissant est. H H H C H H + H (super acide) H C H H H H H ion méthanonium C + H2 H CH5 Schéma 8. ou allylique) sont échangés avec du deutérium en présence d’acide sulfurique deutérié (schéma 8. que ce soit le doublet d’une liaison C-H de CH4 qui retienne le proton. La TMEDA est un ligand dont l’action est de briser la structure polymérique de l’organométallique. ce qui conduit pour le méthane à un ion appelé méthanonium CH5+ (schéma 8. Les hydrogènes peu acides comme ceux des alcanes sont plus difficilement échangés. Par exemple. Les composés organométalliques sont peu utilisés pour ce type de réaction. et si l’alcool utilisé est deutérié.6b – Échange hydrogène o deutérium (D) ou tritium (T) Les hydrogènes acides (par exemple en position α d’un groupe carbonyle. soit une molécule de méthane et un proton. dans l’anhydride sulfureux. entre autres.170). l’un ou l’autre pouvant être deutérié.H + RD D + H Schéma 8. si le superacide est deutérié. puisqu’il est proposé. soit une molécule d’hydrogène pour former un carbocation méthyle dont un hydrogène peut être échangé. Cet ion instable élimine. remplacent l’acide sulfurique deutérié.169 Ce marquage est utile pour comprendre le mécanisme de certaines réactions. La nature du groupe lié au lithium joue un rôle dans la vitesse de la réaction. On peut obtenir un résultat identique avec l’acide tritié. pour R de RLi : allyle > n-butyle > phényle > vinyle > méthyle. des super-acides comme le mélange acide fluorosulfurique-pentafluorure d’antimoine. Il suffit qu’une quantité catalytique de base soit présente.2. R. dans la lithiation du triphénylméthane. Dans ce cas. d’une triple liaison. Ils interviennent très spécifiquement sur les alcynes terminaux.380 Chimie organique Note : le mélange n-BuLi + t-BuOK constitue ce qu’on appelle une « Super base ». La protonation dans ce cas est exceptionnelle. FSO3H-SbF5 (mélange appelé acide « magique ») ou HF-SbF5. . deutérié. si une molécule possède des hydrogènes suffisamment acides pour être extraits par un alcoolate. SO2 liquide.170 L’échange peut avoir lieu en milieu basique. La facilité de l’échange est dans l’ordre suivant : tertiaire > secondaire > primaire. un échange H→D peut avoir lieu (mécanisme SE1) (schéma 8. Ainsi. 8.169). ce qui exalte la réactivité de ce dernier. sauf en milieu basique et s’il s’agit d’une méthylcétone qui sera halogénée sur le groupe méthyle. Le chlore réagit une seconde fois sur le carbone déjà chloré conduisant à un composé α. Selon l’halogène.2 HBr Br R C Br O C Cl2 .HCl isomérisation CH3 R CH O C Cl H R C O C Br Schéma 8. le réactif n’est pas le fluor lui-même. Une monohalogénation est possible. XeF2. ou d’autres composés fluorés. une seconde halogénation plus difficile peut être effectuée si l’halogène est en excès.172). Toutefois. l’orientation de la seconde halogénation apparait différente. l’halogénation se fera préférentiellement dans l’ordre suivant : CH > CH2 > CH3.171 8. Des polyhalogénations sont possibles. mais une réaction subséquente d’isomérisation conduit finalement à un composé α. véritable acteur dans ces réactions. Si deux carbones portant un ou des hydrogènes sont en position α du groupe carbonyle dans les cétones dissymétriques. Avec le fluor.HCl CH2-Br R C Cl O C CH3 . contrairement à la réaction par catalyse basique. mais le fluorure de xénon.αdichloré.2. à chaud.172 Cl CH3 Cl2 . mais dans ce cas.α’-dibromé (schéma 8. Les réactions de substitution Z CH2 Z' EtO . il faut que le groupe méthyne ou méthylène en α de la cétone soit activé par des fonctions environnantes (ester. le catalyseur intervient pour favoriser la formation d’un énol ou un ion énolate. aucun catalyseur n’est ajouté. R CH2 O C CH3 2 Br2 . Dans ce cas. Il en est de même pour le brome.6c – Halogénation des aldéhydes et cétones Les aldéhydes et cétones qui possèdent des hydrogènes sur le ou les carbone(s) α peuvent être halogénés par tous les halogènes sauf le fluor en milieu acide ou basique. Dans certaines de ces réactions. autre groupe cétone…).EtOH Z Z EtOD CH CHD + EtO Z' Z' Schéma 8. o Catalyse acide La réaction s’effectue le plus souvent dans l’acide acétique. Dans ces réactions. les traces d’acides apportées par l’halogène sont suffisantes pour la catalyse.381 8. Enfin. Leur présence dans l’action de l’iode sur une cétone en milieu alcalin. réaction lente par rapport aux deux étapes suivantes et qui donne la vitesse de la réaction (du premier ordre par rapport à l’acétone). l’arrêt à une monohalogénation est impossible car la présence d’un halogène rend plus acides les hydrogènes α par son effet électroattracteur -I et favorise la formation de l’ion énolate rendant la seconde bromation plus facile que la première. Si une seconde bromation est souhaitée.4a) : il en résulte ici un carbocation mésomère. Ensuite. mais la réaction est plus lente que pour la première bromation. et contrairement à la catalyse acide.173 D’abord.173). Ainsi. Cette réaction a lieu aussi avec le chlore et l’iode et est appelée réaction haloforme. au bromoforme.1. il se forme avec les méthylcétones. la bromation d’une méthylcétone en présence de soude. est un test de la présence du groupe CH3CO (ce qui indique une méthylcétone). conduit d’abord à une tribromométhylcétone. On comprend alors la raison pour laquelle cette seconde bromation ne sera possible qu’après totale monobromation de la cétone.Br R CH C C H O CH3 Br O R CH Br C H CH3 CH3 R CH C H CH3 Br O -H R CH C CH3 Br Schéma 8. la double liaison énolique est attaquée par la molécule de dibrome selon un mécanisme d’addition électrophile (§ 9.382 Chimie organique Le mécanisme de la bromation d’une cétone se fait en trois étapes (schéma 8. . composés solides jaunes. en raison de la présence du brome dont l’effet électroattracteur -I rend l’énolisation plus difficile. Le même mécanisme est renouvelé. la déprotonation de ce dernier conduit au composé monobromé. Elle subit aussitôt une réaction de substitution nucléophile par la base selon un mécanisme tétraèdrique conduisant d’une part à un anion carboxylate et d’autre part. oCatalyse basique et réaction haloforme En milieu basique. l’acétone est énolisée sous l’action de H+. des iodoformes. un excès de brome est nécessaire. OH O R CH2 C CH3 H R CH O OH R CH C Br Br CH3 . Avec l’iode. Br R CH2 C CH2 Br Br Br CH2 HO Br2 O O R CH2 C R CH2 H C C HO Br Br2 R CH2 O Br C C Br Br Br Br groupe très électroattracteur -I R CH2 O Br C C Br HO O Br R CH2 C H Br Br C Br R-CH2-COOH + Br O C Br Br R-CH2COO ion carboxylate + H-CBr3 bromoforme Schéma 8. l’AIBN (2. ou de tribromure ou trichlorure de phosphore (schéma 8.2. (non applicable à l’iode et au fluor) qui consiste à traiter l’acide carboxylique ayant au moins un hydrogène sur Cα par le brome ou le chlore en présence de phosphore rouge.174 Le mécanisme réactionnel en milieu basique (schéma 8.175). H 3C H3 C C N NC CH3 N C CH3 CN AIBN 8. initiateur radicalaire.172). C’est une réaction de type radicalaire puisqu’elle peut être faite aussi en présence de N-chlorosuccinimide et d’un catalyseur.383 8.174) est peu différent de celui en milieu acide (schéma 8.6d – Halogénation des acides carboxyliques La méthode classique pour préparer les acides α-bromés ou chlorés est celle de Hell-Volhard-Zelinsky.2’-azobis(2méthylpropionitrile). . s’ils n’ont pas d’hydrogène α sont transformés par l’action du chlore en chlorures d’acides. Les aldéhydes. Les réactions de substitution R CH2 O O O C HO CH3 R CH2 C R CH2 CH2 CH2 C méthylcétone O O R CH2 C CH2 . 1887. Le chlorure de sulfuryle. dans l’acide acétique. .. ce qui permet la réaction d’halogénation dont le mécanisme est peu différent de celui de l’halogénation des cétones. SO2Cl2. si un peu de chlorure ou d’anhydride de l’acide est présent. HSO3Cl. γ. après substitutions de tous les hydrogènes α. Cette propriété . l’acide malonique. sur la chaîne aliphatique.. La chloration se fait majoritairement en position α mais peut aussi avoir lieu. Le produit formé est donc un halogénure d’acide D-halogéné. CuCl2. selon le cas. Pour ces composés. β. lequel réagit en présence d’une nouvelle molécule d’acide pour conduire à un mélange d’acide α-halogéné et du chlorure de l’acide de départ. Le chlorure cuivrique. Si l’iode est remplacé par un peroxyde organique (réaction radicalaire).384 Chimie organique R CH2 COOH PBr3 R CH2 COBr OH O R CH2 C Br R CH CH Br C O O Br O R CH2 C Br CH Br R + R CH2 C C R Br O R O Br2 OH CH C Br R CH + HBr C Br O + R CH2 C Br OH O + Br2 + HBr C R CH2 COOH Br Br Schéma 8. D’autres composés facilement énolisables peuvent être halogénés : les chlorures et anhydrides d’acides. et un diacide. les malonates. la présence de catalyseur n’est pas utile. L’iodation est réalisée en présence d’acide chlorosulfonique. en présence d’une quantité catalytique d’iode. les positions α. les dérivés nitrés aliphatiques. La bromation ou la chloration des chlorures d’acides peut se faire par action des N-chloro et N-bromosuccinimide en présence de HCl ou HBr. L’énolisation de ce composé est plus facile que celle de l’acide. Cu(II)OAc2. permet aussi de chlorer les acides en position α. il se forme d’abord un halogénure d’acide. Les chlorures d’acides sont iodés en présence d’acide iodhydrique. S O O sulfolane ou tétraméthylène sulfone est capable de chlorer en position α les chlorures et anhydrides d’acides et même les acides. en présence de chlorure de lithium dans un solvant polaire. par une réaction d’échange ce qui permet de poursuivre la réaction d’halogénation jusqu’à épuisement de l’halogène. ou d’acétate cuivrique. le sulfolane. La bromation a toujours lieu en position α et cesse dès que tous les hydrogènes α ont été substitués.175 Dans cette réaction. sont chlorées. AlCl3 ou ZnCl2.4.CO2 R CBr Br2 COOH R-CHBr-COOH COOH dérivé substitué de l'acide malonique Schéma 8. cétone et d’acide carboxylique Les aldéhydes. Les réactions de substitution est particulièrement intéressante pour les dérivés substitués de l’acide malonique.1d) a lieu aussi avec les alcènes : un groupe RCO provenant d’un chlorure d’acide substitue un hydrogène d’un carbone éthylènique. 1877 (schéma 8. 8. ce qui représente une autre voie d’accès à ces composés. entre autres. via la forme énolique (schéma 8.2. COOH R CH COOH ∆.385 8.176 La fluoration des acides a été réalisée à –78 °C par un mélange de fluor et d’azote.177). pour conduire à des acides aliphatiques α-halogénés. Les esters et amides peuvent être fluorés par la même méthode. L’halogènure d’acide en présence d’un acide de Lewis.178). . . car après halogénation. R R' C H C R" O C R' SO3H SO3 R C R" SO3 R OH C C R' O R" H R C C R' O R" Schéma 8.177 8.176). libère un ion acylium. mieux connue pour les cycles aromatiques (§ 8.6f – Acylation d’un alcène par un halogénure d’acide La réaction de Friedel et Crafts.6e – Sulfonation d’aldéhyde.2. Il est vraisemblable que le mécanisme impliqué dans cette réaction soit comparable à celui de la bromation des mêmes composés. cétones et acides carboxyliques ayant un CαH sont sulfonés par l’anhydride sulfurique en milieu neutre. ils sont décarboxylés par chauffage (schéma 8. RCO+. 1. AlCl3 RCOX + AlCl3 R1 R R2 C C H (A) R2 C C O -H C C R2 C O R1 H C (B) R C O R1 R H cétone α. d’une élimination d’une molécule d’halogénure d’hydrogène.386 Chimie organique RCO.β-insaturée R H R1 H +X carbocation le plus stable (C) R2 C C O C X H . donc le plus substitué par des groupes alkyles (A) : le groupe acyle est donc sur le carbone de l’alcène le moins substitué. s’applique aux alcènes ce qui conduit à leur formylation (schéma 8.β-insaturée (B). Les anhydrides d’acides peuvent remplacer les halogénures d’acides. Les éthers vinyliques RO-C(R1)=C(H)(R2) sont acylés par les chlorures d’acides aromatiques en présence d’un catalyseur au palladium et d’une base. (par exemple.178 L’alcène attaque l’ion acylium pour former le carbocation.2) de nature équivalente à celui décrit pour les substitutions nucléophiles mais avec une charge positive à la place d’une charge négative.179 8. AlCl3X RCOX. ce qui conduit de nouveau à une cétone α.6g – Couplage entre composés aliphatiques à hydrogènes acides et sels de diazonium Les composés aliphatiques à hydrogènes acides de formule générale Z-CH 2-Z’ avec Z et Z’. suivie selon les conditions de la réaction. isolable. une cétone α. action de POCl3 et du DMF.β-insaturée. groupes électroattracteurs par effet -I. Une seconde possibilité de réaction du carbocation (C) est l’addition d’un ion halogénure provenant du milieu avec formation d’une β-halo cétone (addition qui suit la règle de Markownikov).4.1g).HX H addition selon la règle de Markownikov Schéma 8. le plus stable. Ce carbocation peut perdre un proton de CαH pour reformer une double liaison conduisant ainsi à un composé stable résonnant. malonate d’éthyle. La réaction de Vilsmeyer-Haack (mécanisme § 8. acétylacétate d’éthyle) effectuent un couplage avec les sels d’aryldiazonium en présence d’une . C’est alors un mécanisme avec intermédiaire tétraèdrique (§ 8.179).2. H R1 H C R2 C POCl3-DMF R1 C O C R2 R3 C R3 Schéma 8. au même titre que les acides carboxyliques en présence de HF-SO4H2 ou l’acide polyphosphorique. Dans le cas où les groupes sont aroyle et carboxyle. une arylhydrazone (schéma 8. NO2 ou Cl.182) par le même mécanisme que celui donné dans le schéma 8. Z Z CH2 base + ArN2 -H Z' C N-NH-Ar Z' arylhydrazone base -H Z H tautomérie Z N≡N Ar H C C N N Ar Z' Z' composé azoïque Schéma 8. le groupe partant est le groupe acyle.180 La même réaction effectuée sur des composés de la forme Z-CH(R)-Z’.181). H C O + NH3 NH Ar R Schéma 8. C’est la réaction de Japp-Klingemann (1887). Les β-céto esters cycliques donnent lieu à une ouverture du cycle (schéma 8. un acétate alcalin. Les composés β-dicarbonylés et les β-céto acides forment des arylhydrazones de composés α-dicarbonylés. Le passage au tautomère n’étant pas possible par manque d’hydrogène. Les réactions de substitution base.387 8. avec R = alkyl.180).181. Il se forme un composé azoïque instable qui. le groupe acyle (pour une cétone) ou carboxyle (pour un acide) est extrait de la molécule ce qui fournit finalement une hydrazone dont l’hydrolyse délivre une cétone. conduit aussi à un composé azoïque (schéma 8. par prototropie. Z Z R CH NaOH + ArN2 R C N N Ar COCH3 CO-CH3 HO R C N N Ar H H C N N Ar R R + CH3COONa + CH3COOH Z Z H C N N Z Z NaOH Ar H2O. dans une solution aqueuse de soude à 0 °C. COOH. se transforme en un tautomère. c’est le groupe carboxyle qui est partant. le plus souvent. .181 Quand les groupes acyle et carboxyle sont présents. et Z ou Z’ = COR. 4.184). le p-acétamidobenzènesulfonylazide. souvent par catalyse de transfert de phase.6-triisopropylbenzènesulfonylazide. .6-((CH3)2CH)3C6H2SO2N3 et de potasse.183). et non pas à un composé diazo.388 Chimie organique O H2C H2C H2C COOH H2C H H2C C N N Ar C + ArN2 COOEt CH NaOH C H2 puis H (conditions douces) COOEt Schéma 8. avec un groupe méthylène activé par deux groupes Z à effet électroattracteur -I formant un composé diazo. Z Z CH2 TsN3 C N NaOH Z' + TsNH N Z' composé diazo Z Z CH2 Z' NaOH N N N Ts H Z H C Z C Z' Z' Na N N N Ts Na C N N Z' + TsNH Schéma 8. conduit à un transfert du groupe azido. La réaction débute par la formation d’un carbanion qui attaque le groupe azido du réactif. Il s’ensuit un mécanisme cyclique qui conduit au composé diazo et à un ion amidure (schéma 8. plutôt amidique. et non de soude. en présence d’une base alcaline. en présence de 2. CH3SO2N3.4.183 Cette réaction effectuée sur un groupe méthylène seulement activé par un groupe Z (schéma 8.6h – Transfert de groupe diazo ou azide sur un méthylène activé à partir d’azide Certains azides comme le tosyl azide. ont la propriété de réagir. p-CH3C6H4-SO2N3. le méthanesulfonyl azide.182 8. p-(CH3CONH)-C6H4SO2N3. 2.2. après avoir formé l’énolate par action de iPr2Nli.186).6i – Cyanation d’un méthylène activé Les groupes méthylènes en position α d’une cétone peuvent être substitués par un groupe CN sous l’action de p-toluènesulfonylnitrile. -78°C R' R' H C H C C O R C Li R' H C O R ClSi (R)3 . Un β-céto nitrile est ainsi formé (schéma 8. La base forte la plus utilisée est le diisopropylamidure de lithium (LDA). Ils peuvent être obtenus par actions de divers halosilanes sur l’énolate formé par action d’une base qui peut être très variée.184 8. p-CH3C6H4SO2CN. choisie en fonction de l’environnement du groupe carbonyle (schéma 8. Les réactions de substitution iPr R SO2N3 iPr R R CH2 iPr CH KOH CO N R' R" CO N R' K R" CO SO2 iPr N3 HC N iPr R' - K R" iPr Schéma 8.Cl C O Si(R3) R éther d'énol silylé Schéma 8.6j – Formation d’éthers d’énols silylés Les éthers d’énols silylés sont très souvent utilisés en synthèse. Les méthylcétones réagissent difficilement.2. -78°C R Tos-CN C O R H C CN C O + Tos Li R Li Schéma 8.2.185 8.389 8. R' R' CH2 H C iPr2NLi C O R' THF.186 .185). R' CH2 C O R iPr2NLi THF.(LDA). 1. la pipéridine ou la morpholine (schéma 8.2c et 6.2b. Ces énamines stabilisées par résonance sont ensuite traitées par un halogénure. lui aussi stabilisé par résonance. l’alkylation a lieu sur le CαH le moins substitué de la cétone de départ (contrôle cinétique). Et3N peut être la base. plus particulièrement avec les énamines dérivées d’aldéhydes.2. à la fois pour des cétones et des aldéhydes. accompagne le triméthyliodosilane. HN R R C CH2 R' . ce qui produit un sel d’iminium. mais n’est pas applicable aux halogénures aliphatiques primaires et secondaires qui conduisent à des N-alkyl amines. les halogénures d’aryles activés par des groupes électroattracteurs -I ou -M.187). Dans la majorité des cas. 8.18c). avec formation d’un carbanion et addition d’un halogénure (§ 8.2. et encore moins aux tertiaires qui subissent une élimina- . 8. la cétone est d’abord transformée en énamine par réaction avec une amine secondaire cyclique (§ 10.15. Des réactions secondaires sont possibles comme les dialkylations.390 Chimie organique En conditions douces. benzyliques et propargyliques. Me3ISi.187 Cette méthode a aussi ses limites puisqu’elle n’est utilisable qu’avec des halogénures activés. 1954) L’alkylation des cétones sur CαH ou CαH2 s’effectue le plus souvent par une réaction de substitution nucléophile. mais plus souvent l’hexaméthyldisilazane (Me3Si)2NH. les α-halo éthers et esters. Une hydrolyse rétablit le groupe carbonyle.H 2O O C N C H R R' C N C H R' énamine R"X H2N + R C CH R' H2O R C N H O R" R" R" C H R' R C N C H R' O N H pipéridine N H N H morpholine pyrrolidine Schéma 8.6l – Alkylation ou acylation des cétones et aldéhydes via une ènamine (réaction de Stork. et aux époxydes. Pour éviter ce problème. comme les halogénures allyliques.14.3) comme la pyrrolidine.6k – Insertion de carbène ou de nitrène dans dans une liaison C-H Voir les paragraphes 6. 7). Par cette réaction divers groupes peuvent être introduits selon le réactif utilisé (figure 8. l’utilisation d’un organomagnésien (voir ci-après) ou la formation d’une énamine dérivée de butylisobutylamine permet l’alkylation. suivie de l’addition de l’halogénure.391 8. COR" COR" R C N C H R' R C N C H R' R"COCl R C N C H R R' C N C H R' H 2O H R" C O H2 N + R C CH R' O Schéma 8. puis de l’hydrolyse (schéma 8. sauf les halogénures tertiaires. Toutefois.188).7 Il faut noter que le bromocyanogène conduit non pas à une substitution par le groupe cyano. . mais à une bromation de l’ènamine. (RCO)2O chlorures et anhydrides d'acides HCO-O-COCH3 anhydride acétique formique . -CO-R RCOCl.188 Une modification de cette réaction (méthode via un sel d’énamine) permettant de substituer les cétones par des halogénures aliphatiques primaires ou secondaires en évitant la N-alkylation par une gêne stérique est la formation d’un organomagnésien dans le THF à partir de l’ènamine.COOR ClCN chlorocyanogène -CN R C N R' R' sel de nitrilium C N R Figure 8. pour ces derniers. contrairement au chlorocyanogène.189). Les réactions de substitution tion. Les mécanismes de ces réactions sont semblables à ceux présentés pour les halogénures (schéma 8.CHO COCl2-(CH3)NCHO phosgène-diméthylformamide (DMF) ClCOOR chloroformiate . avec l’acrylonitrile CH2=CH-CN.189 Dans la mesure où les énamines réagissent très bien selon la réaction d’addition de Michael (§ 9.2) avec les alcènes activés par des groupes électroattracteurs -I ou -M.191 + LiCl) .7 – Substitutions électrophiles aliphatiques avec des halogènes comme groupes partants 8. une cyanoéthylation (schéma 8. CH C N CH2 R C N C H R' R C N C H CH CH2 CH C N CH2 R R' C N C H C N R' H2O.190 8.H2O C CH R N NH R" R" C CH R R"'MgX .2.190). H H N CH2 H + R C O C H CH2 C N R' Schéma 8.2. l’hydrolyse de l’adduit fournit une cétone substituée en position α par CH2-CH2CN. Par exemple.392 Chimie organique R C CH2 R' O R"NH2 C CH2 R' R .R'"H R'" R'" R' H2O O C CH R R"'X R' C CH R R' N MgX N MgX X R' R" R" Schéma 8.7a – Préparation des organomagnésiens ou réactifs de Grignard et d’organolithiens par déplacement direct entre halogénure et métal RX + M RMX RX + 2M RM + MX ( CH3I + Mg CH3MgI) (BuCl + 2Li BuLi Schéma 8. cette réaction est mise à profit pour former le sel d’iminium. un organomagnésien Br-CH2-CH2-CH2MgI peut être obtenu. En quantités stœchiométriques.naphtalène Schéma 8. la réaction est débutée en ajoutant quelques gouttes d’iodure de méthyle ou du dibromoéthane. Les chlorures aromatiques comme les halogénures vinyliques nécessitent le THF comme solvant. il se forme un dimagnésien IMg-CH2-CH2-CH2MgI. Plus le nombre d’atomes de carbones augmente. Si un composé 1. d’autres solvants ont été utilisés comme des amines tertiaires. dont la réactivité en fonction de l’halogénure diminue dans l’ordre suivant : RI > RBr > RCl. Si les halogènes sont différents et éloignés d’au moins trois carbones. Les réactions de substitution La réaction d’un halogénure sur un métal peut conduire à un composé organométallique appelé composé de Grignard (1900) (schéma 8. le diéthyléther. Une réaction secondaire souvent observée est le couplage: 2RX + Mg → R-R + MgX2. le diméthyléther de l’éthylène glycol.Mg naphtalène-magnésium ou naphtalènure de magnésium CH2Br C10H8. .191). Toutes les réactions de préparation et de réaction des organomagnésiens s’effectuent en milieu totalement anhydre et sous atmosphère d’azote. Ces composés ne sont pas isolés et leurs solutions sont immédiatement mises en réaction ou conservées à basse température. Le cas le plus important est la préparation des organomagnésiens. on leur préfère les analogues chlorés.393 8. une réaction d’élimination a lieu. Si le composé est I-CH2-CH2-CH2-I. CH3O-CH2-CH2-OCH3. On peut y ajouter les solvants aromatiques. benzène ou toluène. le magnésium en fins copeaux réagit dans l’éther ou le THF anhydre avec divers halogénures aliphatiques primaires. Les organomagnésiens benzyliques et allyliques sont mieux préparés à partir de naphtalène magnésium (résultant de l’action du naphtalène sur le magnésium dans le THF) (schéma 8. secondaires ou tertiaires. plus la réaction devient difficile : CH3I > C2H5I > C3H7I… Dans la mesure où les iodures d’alkyles tertiaires peuvent donner lieu à une réaction d’élimination. + Mg éther ou THF . par exemple Br-CH2-CH2-CH2-I. Les fluorures d’alkylmagnésium RMgF sont obtenus par reflux des fluorures d’alkyles avec le magnésium dans le THF pendant plusieurs jours en présence de quantités catalytiques d’iode ou de bromure d’éthyle.2-dihalogéné est mis en réaction.192 Outre le diméthyléther. Les iodures et bromures aromatiques réagissent comme les halogénures aliphatiques. Le cas des composés dihalogénés est plus compliqué. à condition d’ajouter au milieu une amine tertiaire dont le rôle est de complexer l’organomagnésien.192). Souvent. ou le THF.Mg THF CH2MgBr . Mg (solution verte dans l'éther) C10H8. appelé équilibre de Schlenk. nitrile. Chacun des composés qui forment cet équilibre est coordiné à deux molécules d’éther.194 rappelle quelques réactions essentielles des organomagnésiens. Lorsqu’un organomagnésien d’halogénures aliphatiques est préparé dans la triéthylamine. L’évaporation de l’éther déplace l’équilibre de Schlenk vers la droite avec obtention à sec de R2Mg et MgX2 (l’addition de dioxane à la solution étherée donne le même résultat). Seuls.12. et de la température.193). par exemple) et MgX2 (chlorure. NH2. de la concentration. uniquement sous forme de dimères. L’organomagnésien préparé à partir de simples halogénures aliphatiques est sous forme monomère à faibles concentrations (environ 0. dans les conditions classiques de préparation des organomagnésiens. l’organomagnésien RCH(MgBr)2. les organomagnésiens chlorés restent. -C≡CH… qui devront donc être présentes sous formes de sels. puis trimères.394 Chimie organique Enfin.MgX2 R2 X Mg X R1 O R2 Schéma 8.7). 2 RMgX R1 O R2 R Mg X R1 O R2 R2Mg R1 O + R2 R Mg R R1 O R2 MgX2 R1 O R2Mg. La présence de certaines fonctions peut nuire à la préparation de l’organomagnésien : celles avec lesquelles il réagit normalement. du solvant. Il s’agit soit des fonctions à hydrogène acide : OH. etc. Le schéma 8. Si la concentration augmente dans l’éther (c > 0. avec R2Mg (dialkylmagnésium. à fortes concentrations. RMgBr et RMgI forment des polymères. mais il est toutefois possible d’obtenir à partir de RCHBr2 . Il est important de rappeler ici que les organomagnésiens RMgX font en réalité partie d’un équilibre (schéma 8. soit des composés carbonylés.1M) dans l’éther et à toutes concentrations dans le THF. les composés gem-dihalogénés réagissent mal.5M).193 Cet équilibre est fonction de la nature de l’halogénure. bromure ou iodure de magnésium). l’équilibre de Schlenk est déplacé vers la gauche et RMgX est quasiment le composé unique. . groupe nitro… Les doubles et triples liaisons (sauf terminales) ne gênent pas la formation de l’organomagnésien. Le mécanisme complexe SET qui intervient dans la formation de l’organomagnésien a été présenté (voir § 6. COOH. euxmêmes en équilibre avec leur complexe. dimères. celles avec les halogénures métalliques qui permettent la préparation de divers organométalliques. selon la nature de R' R-R' + MgX2 halogénures Schéma 8. dans l’hexane. sous azote. sont préparés par action d’un halogénure (chlorure le plus souvent) sur le lithium. dans l’éther et dans les solvants hydrocarbonés. formiates R2R'COH alcools secondaires ou tertiaires. Les alkyllithiums sont toujours sous formes d’aggrégats de plusieurs molécules dans les solvants. contrairement aux sels de potassium ou de sodium qui y sont insolubles ou fort peu solubles.395 8. .10f). Dans la mesure où cette réaction est difficile. Dans le benzène et le cyclohexane. l’échange halogène-métal est mis en œuvre (BuLi + RX → RLi + BuX).194 Il existe de nombreuses autres réactions des organomagnésiens et en particulier. Les réactions de substitution R'CHO R'CN R(R')CHOH aldéhydes nitriles alcools secondaires R'COR" R(R')(R")COH cétones alcools tertiaires RMgX R'COX (R'CO)2O orthoesters orthoformiates R2R'COH HCOOR' alcools RMgX + CO2 CH2 RCHO aldéhydes formiates anhydrides d'acides H2 C cétones HC(OR')3 chlorures d'acides RMgX RCOR' R'C(OR")3 RCOOH acides carboxyliques O R-CH2-CH2-OH oxirane RMgX alcool primaire + R'COOR'' esters RMgX + R'X R-CO-R' RMgX cétones ou aldéhyde si R = H. ils forment des aggrégats de six molécules. et dans l’éther. Il est en aggrégats de deux et quatre molécules. respectivement.2. RLi. Un cas particulier est le tbutyllithium qui est un monomère dans le THF. Les alkyllithiens. par exemple : 4 C6H5MgX + SnCl4 → (C6H5)4Sn + 4 MgXCl (présentées au § 8. Ce sont des composés solubles dans le benzène et de nombreux autres solvants organiques. divers aggrégats de deux à cinq molécules pour les composés où R est un simple groupe aliphatique. Cette propriété est une conséquence du caractère particulier « ioniquecovalent » de la liaison C-Li. COOH.195 Les acides aliphatiques ne sont pas décarboxylés dans ces conditions sauf l’acide acétique sous forme de sel.CO2 C Ar composé aromatique C H COOH Schéma 8.2. Les acides β.γ-insaturés éthylèniques peuvent aussi être décarboxylés par chauffage en présence de cuivre et de quinoléine. les acides trihaloacétiques. La décarboxylation des acides est l’inverse de l’addition d’un carbanion sur l’anhydride carbonique.195).CO2 CH4.CO2 X3CH. ou sous formes de sels (schéma 8.1m). acide acétique CH3COOH acide trihaloacétique X3C-COOH β-céto acide C C O . CN.396 Chimie organique 8. libres.γ-insaturé C C C COOH . haloforme . Dans ce dernier cas. et en présence d’une base : il se forme du méthane. X3C-COOH. et les α-céto acides sont décarboxylés par chauffage. Ar.4.CO2 H COOH COOH α-cyano acide CN CN . ceux qui sont éthylèniques ou acétylèniques.8 – Substitutions électrophiles aliphatiques avec un groupe partant carboné 8.CO2 H COOH NO2 C . .8a – Décarboxylation d’acides Les acides ayant en position α un groupe électroattracteur -I comme NO2.4) qui retient le cation métallique augmente la vitesse de la réaction.2. méthane .CO2 C C O H cétone C C C H alcène acide malonique et ses dérivés substitués COOH C .CO2 NO2 dérivé nitré C COOH α-aryl acide nitrile C C α-nitro acide acide C Ar H . la présence d’un éther-couronne (figure 7.CO2 COOH acide β. comme les acides aromatiques (§ 8. Un mécanisme cyclique à six centres est le plus classique pour les acides libres ce qui explique pourquoi la réaction est peu sensible à la polarité du solvant ou à la présence ou non d’acide minéral (schéma 8.196 Le cas des β-céto acides est particulièrement intéressant. extraction par l’éther à 0 °C et évaporation sous vide. Les réactions de substitution Sous forme de sels.199).196). Le passage de l’ester RCO-C(R2)(R3)-COOR’ à la cétone ou décarbalkoxylation en conditions acide. H2 C R C C O O H O ∆ CH2 R C .198). composé qui peut être distillé sans décomposition.CO2 O R C CH3 O H Schéma 8. une autre réaction a lieu : elle conduit à la rupture de la liaison α-β par rapport à la fonction carboxyle (schéma 8. CF3COCH2COOH.197) : une cétone. des conditions expérimentales particulièrement douces pour l’hydrolyse sont nécessaires : soude très diluée. R1 R C O C R2 hydrolyse COOR' acide . en conditions basiques fortes. RCOCH(R1)(R2). le mécanisme de la décarboxylation peut être SE1 ou SE2. par hydrolyse de leurs esters. en sont le résultat. Pour obtenir les β-céto acides. mais dans la plupart des cas.197 Par contre. Le mécanisme SE1 est favorisé par la présence de groupes électroattracteurs en α du groupe carboxyle car ils stabilisent le carbanion. une solution alcoolique concentrée de potasse. le plus souvent. le plus souvent. ou d’alcoolate. . Il se forme alors un sel d’acide RCOOH ou un ester RCOOR’ à côté d’un sel de l’acide CH(R1)(R2)COOH ou l’ester CH(R1)(R2)COOR’ selon la base utilisée (schéma 8.R'OH R1 R C O C R2 COOH .CO2 R1 R C C H O R2 Schéma 8. de l’anhydride carbonique et un alcool R’OH. neutralisation par un acide faible. le β-céto acide n’est pas isolé car il se décarboxyle dans les conditions normales de la réaction. comme CF3. neutre ou très faiblement basique conduit à une rupture de liaison entre la fonction ester et le Cα (schéma 8. sauf si un groupe attracteur. est présent en position γ de l’acide comme dans l’acide trifluoroacétylacétique.397 8. Ils sont préparés. 4. HO R HO R1 C C O R2 O C R' R R1 R1 C C C O R2 O R' RCOOH + C C R' R2 O R1 RCOO + H C C R2 O Schéma 8.R'OH RCOO H-C R2 COOR' R1 + H C COO R2 R1 R2 H C COOR' (rétro-Claisen) R2 Schéma 8.200).200 R' . R'O R R'O R1 C C O R2 COOR' R R1 R1 C C O R2 COOR' RCOOR' + C COOR' R2 R'OH ester β-cétonique R1 H C COOR' + R'O R2 Schéma 8.398 Chimie organique R1 R1 R C O C HO RCOO + R'O RCOOR' + COOR' .2). appelée rétro-Claisen.199 En présence de base alcaline.198 C’est la réaction inverse de celle de Claisen (§ 10. les β-dicétones conduisent à un résultat semblable avec formation d’une cétone et d’un sel d’acide (schéma 8. 2.202).6). par chauffage dans un solvant aromatique. fournit un amide (schéma 8. X3C C O R HO + RCOOH X3C X3CH + RCOO Schéma 8.8c – Réaction d’Haller-Bauer Les cétones non énolisables. La seconde partie de la réaction qui conduit à un haloforme (chloroforme. la p-méthoxybenzophénone conduit au p-méthoxybenzamide.2.CO2 R1 H CH R1 C O R2 H C C O H R2 aldéhyde énol Schéma 8.4. en présence d’eau. traitées par l’amidure de sodium donnent lieu.201 8.201) (voir aussi réaction de Darzens (§ 10. n’ayant pas de CαH.2. C’est la réaction de Haller-Bauer (1909).203). La benzophénone n’est pas affectée par cette réaction. . Par contre. iodoforme) est une substitution électrophile aliphatique (COR est remplacé par H) (schéma 8.8b – Réaction haloforme Cette réaction a été présentée lors de l’halogénation des méthylcétones (§ 8. bromoforme. Les réactions de substitution Les acides glycidiques conduisent à des aldéhydes par décarboxylation (schéma 8. à une réaction avec retrait d’un des groupes substituant la cétone et formations d’un alcane et d’un acylamidure qui. R1 R2 H C C R1 O H R2 C O O H C C O R1 O C O H C R2 C O O H H acide glycidique O C .399 8.6c).202 8. et plus particulièrement celles de la forme ArCOC(R)3. 32 % d’isopropanol. ce qui peut s’expliquer par le schéma 8. des éliminations de protons avec formation d’alcènes. à 28 % de propène et des chlorures d’isopropyle et de propyle. des réactions avec le milieu… Lorsque la réaction est effectuée dans l’eau. cas général. La configuration relative du groupe R ou R’ dans l’alcane formé est conservée.9a – Diazotation des amines primaires et des hydrazines L’action de l’acide nitreux sur les amines primaires aliphatiques ne conduit à des sels de diazonium qu’à un pH inférieur à 3. si l’acide utilisé est l’acide chlorhydrique.2.400 Chimie organique ∆ R C O + NH2 RH + R R'H C O NH2 R' R R'-CO-NH2 et R' NH2 H2O R'-CO-NH C R' NH NH2 O R C R' + H2O R-CO-NH2 RH + H2N C R' O O H2N NH2 R'H + C R O Schéma 8.9 – Substitutions électrophiles aliphatiques de composés azotés 8.203 Les cétones cycliques sont ouvertes.2. Les cétones aliphatiques dissymétriques donnent un mélange de deux amides. Ces sels sont instables car N2+ est un excellent groupe partant ce qui favorise la formation d’un carbocation qui peut effectuer des réarrangements. les produits obtenus sont des mélanges d’alcools et d’alcènes isomères et d’autres composés divers selon la nature de l’amine. Par exemple.204. . la n-propylamine conduit par cette réaction à 7 % de n-propanol. 8. Les réactions de substitution R-NH2 H3C CH CH2 propène -H NaNO2 R N R N. La perte d’un proton est favorisée par rapport à la perte de N2. la réaction ne conduit pas à un sel de diazonium mais à un composé diazo. HCl EtOOC CH H N N EtOOC CH N N diazoacétate d'éthyle Schéma 8. il y a racémisation si l’amine de départ est optiquement active mais il existe des cas où la rétention de configuration est majoritaire. comme dans le cas du carbocation propyle qui peut se cycliser en cyclopropane par élimination d’un proton (schéma 8. qu’à des températures inférieures à 5 °C sauf s’ils sont complexés par des éthers-couronnes (figure 7. Lorsque l’amine possède un groupe électroattracteur -I comme CN. CHO. et BF3.H Cl CH3-CH2-CH2-OH n-propanol CH3-CH2-CH2-Cl réarrangement chlorure de propyle H3C CH Cl H3C X CH H3C H2O H3C H3C CH OH2 .H H3C chlorure d'isopropyle H3 C CH OH H3C isopropanol Schéma 8. mais le plus souvent.206 Les amines primaires aromatiques comme l’aniline forment des sels de diazonium à un pH de 1 en raison de leur plus faible basicité par rapport aux amines aliphatiques qui est le résultat de la résonance du groupe amino avec le cycle aromatique. Dans la plupart des cas. H CH2 H2C CH2 .205 La stéréochimie de ces réactions est très variée selon le type d’amines et les conditions expérimentales.205).H CH2 C H2 H 2C Schéma 8.207) mais ils ne peuvent être gardés. pour la plupart.4). N2 . ArF.401 8. . Le glycinate d’éthyle est converti en diazoacétate d’éthyle par action de l’acide nitreux (schéma 8.sont stables et peuvent être isolés : ils se décomposent par chauffage en fluorures d’aryles. ces sels ne sont pas isolés. Les sels de diazonium sont aussi stabilisés par résonance avec le cycle aromatique (schéma 8. BF4. Ils pourraient provenir d’une attaque électrophile interne du carbocation. Les sels de fluoroborates ArN2+. Cl + N2 + Cl HCl CH3-CH2-CH2 H2O CH3-CH2-CH2OH2 .204 Des composés cycliques accompagnent parfois les composés cités. COR ou COOR en position α du groupe amino.206). EtOOC CH2 NH2 glycinate d'éthyle NaNO2. Il attaque l’amine avec production d’anion nitrite et du composé A (schéma 8.208).207 La présence de groupes divers sur le cycle aromatique n’empêche pas la réaction. ce composé réagit comme l’ensemble : NO+ + NO2-H. HNO2 + NaCl NaNO2 + HCl nitrite de sodium (température < 5°C) acide nitreux N2 O 3 2 HO-N=O + H 2O trioxyde d'azote N2O3 + NO2 NO H R-NH2 + N2O3 R N N O amine primaire libre H + NO2 (A) H R N N O -H H R N N R N H OH + H R N N (B) N O R N N tautomérie O H H Schéma 8.209). N2O3.209 OH (C) R N N sel de diazonium + H2O . à côté d’une molécule d’eau. c’est NO+ qui est le vrai réactif de cette réaction. finalement.402 Chimie organique N N N N formule limite la plus contributive N N N N N N Schéma 8.208 Dans les réactions de diazotation. Les groupes électrodonneurs +M comme -N(R2) stabilisent ces sels d’aryldiazonium (schéma 8. Donc. deux molécules d’acide nitreux forment le trioxyde d’azote. R1 R2 N N R1 N R2 N N N Schéma 8. 210 Le réactif NOBF4. Les nitrosamines sont aussi obtenues par action du chlorure de nitrosyle NOCl sur les amines secondaires. se comporte comme NO+ ce qui permet de l’utiliser dans ces réactions à la place de l’acide nitreux. Le milieu acide le protone sur l’oxygène. arrête la réaction à ce stade. mais dans ce cas. le manque d’hydrogène sur l’azote. L’élimination d’une molécule d’eau donne naissance au sel de diazonium. Les réactions de substitution Ce dernier élimine un proton pour former le composé B qui se tautomérise en composé C.403 8. Le mécanisme est identique à celui des amines primaires. diaryl ou alkylarylamines secondaires conduit à un composé N-nitroso. insolubles dans les solutions aqueuses acides (nécessaires à la formation de NO2H). . 8. pourtant en milieu acide. c’est l’amine libre non encore salifiée qui réagit. tétrafluoroborate de nitrosyle.2. Il faut remarquer que dans ces réactions. L’action de l’acide nitreux et de NOCl peut s’appliquer aussi à des amides secondaires. Les hydrazines et les acylhydrazines ou hydrazides sont respectivement transformées par l’acide nitreux en azides et acylazides (schéma 8.210). après attaque de NO+ et retrait du proton. R NH NH2 R = alkyl.9b – Nitrosation des amines secondaires L’action de l’acide nitreux sur les N-dialkyl. RCONHR’. aryl NaNO2 + HCl N N R N azide hydrazine R = R'CO acylazide acylhydrazine ou hydrazide R NH NH2 N2O3 NO H R N N H H N O N2O3 + H2O 2 NO2H + N O + NO2 H R N N H H R N N H H N O R N N H N N O H O H R R N N H N N N O H H N H Schéma 8. R1 N CH2 R3 R2 R1 NO2H NH CH2 R3 . Attention : les nitrosamines sont des composés cancérogènes puissants.404 Chimie organique R1 R1 NO2H NH N N . ON=O T > 5°C R2 Schéma 8. solubles dans l’eau. la réaction de l’acide nitreux à chaud conduit à un sel d’amine secondaire qui est immédiatement nitrosé.213).211).211 Certains gaz comme N2O3.HCl NOCl .H2 O R2 R2 R-CO-NH-R' O nitrosamine NOCl R-CO-N-R' . spécifique des amines secondaires.HCl NO N-nitroso amide N2O3.213 CH R3 . c’est une cétone qui est obtenue à la place de l’aldéhyde. Si l’amine de départ ne contient qu’un groupe méthyne en position α de l’azote.212). 8.2.212 Si l’amine contient au moins un groupe méthylène en position α de l’azote. N2O4 ou RONO Schéma 8. O R1 N N R2 R1 N R2 CH2 R3 + N O amine tertiaire R1 N CH R2 H 2O R3 N NO NO R3 HNO + N R2 H R1 R2 R1 R2 R1 CH NH2 + O=CH-R3 aldéhyde R1 NH + H R2 nitrosamine Schéma 8. Il en est de même des nitrites d’alkyles RON=O (schéma 8. neutralisée par la soude.9c – Action de l’acide nitreux sur les amines tertiaires Les amines tertiaires forment des sels avec l’acide nitreux à froid (schéma 8. devient bleue : c’est le test de Liebermann (1874). N2O4 permettent la nitrosation des amines secondaires en milieu basique. à côté d’un aldéhyde (schéma 8. Les nitrosamines chauffées en présence de phénol et de quelques gouttes d’acide sulfurique forment une solution verte qui. mais sur la position para activée du cycle (schéma 8.216).H2O Ar N N Ar' diphényldiazène ou azobenzène O H Schéma 8. non pas sur l’azote.214 8. Les amines tertiaires ArN(R)2 avec R = alkyle.214). la position de l’oxygène n’est pas liée à la nature des réactifs. mais à celle des groupes R et R’ des composés de départ (schéma 8. comme celle de l’oxydation par l’oxyde de mercure des N.216 Il est vraisemblable qu’une réaction préliminaire a lieu qui permet l’échange des groupes R et R’ entre dérivé nitroso et hydroxylamine (schéma 8. Ar-NH2 + O=N-Ar' Ar-N=N-Ar' + H2O diaryldiazène Ar NH2 + O N Ar' Ar H N H N Ar' Ar N H O N Ar' . fournissent des résultats semblables. Dans le composé azoxy. sont nitrosées.217 . Une réaction permet de préparer des composés azoxy aliphatiques ou aromatiques par action de composés nitrosés sur les hydroxylamines.9d – Réactions des composés nitrosés sur les amines et hydroxylamines Les amines aromatiques primaires réagissent avec les composés nitrosés aromatiques dans l’acide acétique glacial (anhydre) pour former des composés azo (schéma 8.217). R-NO + R'NHOH R-N=N-R et R-N=N-R' et R'N=N-R' O O O Schéma 8.2.215). Les réactions de substitution L’acide nitrique en présence d’anhydride acétique ou l’action de N2O4. ArNO + Ar'NHOH ArNHOH + Ar'NO Schéma 8.215 C’est une bonne méthode de préparation des composés azo.405 8. peroxyde d’azote. R R R N N N R R R NO2H R N N O R Schéma 8.N’-diarylhydrazines Ar-NH-NH-Ar’. Les amines secondaires fournissent seulement des N-haloamines (schéma 8.9e – Formation d’haloamines Les amines primaires sont converties en N-halo ou N.N-dihaloamines par l’hypochlorite ou l’hypobromite de sodium.2 HO Schéma 8.218 8. le N-chlorosuccinimide (schéma 8. O O 2 Ar N Ar N N + H2 O Ar O O Ar N N Ar . la réaction elle-même ferait intervenir des radicaux-anions en milieu basique (schéma 8.219 Les mêmes résultats sont obtenus avec l’hypochlorite de t-butyle. ou le bromite de sodium. NH O succinimide O O O ClONa N Cl RNH2 O N-chlorosuccinimide (chlore à caractère positif) Schéma 8.N-dichloramine R1 R1 N NH + NaOCl Cl + NaOH R2 R2 Schéma 8.219).218).220 Tous ces réactifs agissent via un halogène positif. NaBrO 2.406 Chimie organique Étudiée sur des composés aromatiques. NH + RNH-Cl O N-chloramine .2. H R NH2 R NaO Cl + N + NaO Cl H hypochlorite de sodium R Cl R N N Cl + NaOH H NaOCl N-chloramine Cl N.220) (lui-même obtenu par la réaction classique à partir du succinimide). la réaction n’est pas limitée aux amines primaires et secondaires. Les amides primaires réagissent avec l’hypobromite de sodium pour former un N-bromoamide primaire qui se réarrange en milieu basique en isocyanate (voir le réarrangement d’Hofmann. du magnésium. il est important d’y ajouter celles présentées dans les chapitres substitutions nucléophiles (§ 8.222). § 6. lequel est l’électrophile de la réaction (schéma 8. L’hydrolyse effectuée avec D2O permet l’accès à des alcanes deutériés (marqués) utiles pour l’étude des mécanismes réactionnels. C’est une réaction qui permet le passage d’un halogénure à un alcane. 8.10a – Hydrolyse et action des acides sur les composés organométalliques RM + H2O RH + MOH RM + D2O RD + MOD RM + HA RH + MA Schéma 8.222 Les composés organométalliques dérivés des métaux alcalins.221). Elle est possible avec différents amides. pour la plupart stables.2e) qui est immédiatement hydrolysé pour donner finalement une amine primaire (schéma 8. et du zinc sont facilement hydrolysés avec substitution du métal par un hydrogène. Cette réduction s’effectue le plus souvent avec un organomagnésien (schéma 8.1).223).2.15.221 Les amides secondaires fournissent des N-haloamides. R C NH2 BrONa R C O R-CO-NH-R' NHBr -HBr R-N=C=O H2O RNH2 + CO2 O BrONa R-CO-N-R' Br Schéma 8.2.10 – Substitutions électrophiles aliphatiques avec un métal comme groupe partant Aux réactions présentées dans ce chapitre concernant les composés organométalliques. Les réactions de substitution Comme on peut le remarquer avec le succinimide. RX Mg RMgX H2 O RH + 1/2 MgX2 + 1/2 Mg(OH)2 Schéma 8. 8.407 8. et additions (chapitres 9 et 10).223 . 225). ne fournit que les difluorures d’arylthallium(III).10b – Action des halogènes sur les composés organométalliques Les halogènes représentent le réactif électrophile lorsqu’ils réagissent sur les composés organométalliques. BF3. les iodures d’aryles résultent de cette réaction. ArTlF2.2. les fluorures d’aryles sont formés (schéma 8. HCl. KF.224). mais par action du trifluorure de bore. Tl(OCOCF3)3 sur un aromatique dans l’acide trifluoroacétique. R2Hg + HCl RHgCl + RH Schéma 8.408 Chimie organique Si l’hydrolyse peut être violente en particulier avec R2Zn et AlR3. Par contre. les organomagnésiens chlorés ou bromés réagissent avec l’iode pour former des iodoalcanes.2) et SEi (§ 8. C’est une réaction qui permet d’échanger l’halogène d’un halogénure. mais elle a des restrictions.4). aryles ou vinyliques) par action du fluorure de perchloryle FClO3 (composé explosif). Il se forme dans la plupart des cas un halogénure d’alkyle. Les mécanismes sont très variés (SE2 avec inversion de configuration.2. des bromures et iodures d’alkyles (schéma 8. Tl(III)(OCOCF3)3 Tl(OCOCF3)2 KI I CF3COOH TlF2 F KF BF3 Schéma 8. tandis que les organomagnésiens bromés ou iodés réagissent avec le chlore pour former principalement. et respectivement.2.225 Les fluorures d’alkyles peuvent être préparés à partir d’organomagnésiens ou d’organolithiens (alkyles. En présence de KI. et nécessite l’action d’un acide. difficile. Les iodures et fluorures d’aryles sont aussi obtenus à partir de bis(trifluoroacétates) d’arylthallium ArTl(OCOCF3)2 composés qui résultent de l’action du trifluoroacéte de thallium(III).226 . elle est dans certains cas. RBr Mg I2 RMgBr RI + MgBrI Cl2 RBr + MgCl2 Schéma 8. Par exemple.226).224 8. comme pour R2Hg lequel peut ne former qu’une seule molécule d’alcane (schéma 8. ou rétention de configuration § 8. 10c – Action de l’oxygène et du peroxyde d’hydrogène sur les composés organométalliques Les organomagnésiens RMgX réagissent avec l’oxygène.229).2. R-OH. pour donner R-O-O-MgX. . de remplacer leurs hydrogènes terminaux par un halogène (schéma 8.228). selon les conditions (schéma 8. seulement les phénols sont formés. RMgX O2 R-O-O-MgX H R-O-OH hydroperoxyde RMgX 2 R-O-MgX H 2 R-OH alcool Schéma 8.229 Si R est aryle.228 On peut remarquer que cette réaction associée à celle de l’hydroboration des alcènes représente une méthode permettant l’addition des halogénures d’hydrogène selon un mécanisme anti-Markovnikov (§ 9.227 Les trialkylboranes réagissent avec l’iode ou le brome. MeOH 3 R1 H C C H H Br addition anti-Markovnikov de HBr sur l'alcène Schéma 8. ou des alcools. en milieu acide. R C C H R'MgX R . mais en présence de méthylate de sodium dans le méthanol ou du chlorure ferrique.409 8. qui. ils conduisent respectivement aux iodures et bromures d’alkyles correspondants (schéma 8. comme électrophile.MgXBr Schéma 8.6). fournissent des hydroperoxydes. Les réactions de substitution La facile préparation des organométalliques des alcynes terminaux permet aussi.227). R-OOH. 8. et avec de mauvais rendements.R'H C Br2 C MgX R C C Br .1 et 9. par cette réaction avec les halogènes. R1 3 C R2 C H BH 3 R2 H R1 H C C H H B Br2 R2 NaOMe. Le mécanisme de cette réaction fait intervenir un réarrangement qui se reproduit trois fois. La réaction se reproduit une seconde fois à haute température.10d – Action des dérivés azotés sur les composés organométalliques À température ordinaire. libère du méthane. R3B. sans affecter les fonctions aldéhyde. Cette réaction effectuée avec l’iodure de méthylmagnésium. cette réaction était utilisée pour la détermination de la nature de l’amine.232). C’est une méthode de formation des alcools à partir des alcènes. nitrile. migre avec rétention de sa configuration. en milieu acide. Au siècle dernier. pour conduire à un phénol (schéma 8.230 Il est préférable de faire réagir l’organomagnésien avec le triméthylborate. ce qui conduit à un aryldiméthylborate. primaire ou secondaire. CH3MgI.230).410 Chimie organique B(OMe)3 ArMgX ArB(OMe)2 H2O2 Ar-OH H Schéma 8. R-NH2 + R'MgX R1 R2 R'H + RNHMgX RMgX R1 NH + R'MgX R'H + N-MgX R2 Schéma 8. B(OMe)3. (RO)3B. s’il est asymétrique. Avec les amines secondaires. Na H2O2 + NaOH R R B + H 2O R R O O H R B R O O H R B O R R O H Schéma 8. Les trialkylboranes. une seule réaction a lieu (schéma 8. réagissent avec le peroxyde d’hydrogène dans la soude pour former des esters de l’acide borique. Le groupe R.231 8. R H2O2 R B NaOH R R R O B O 3 NaOH 3 R-OH + BO3Na3 O R ester de l'acide borique H-O-O . pour libérer une molécule d’alcane. halogénure et les doubles ou triples liaisons contenues dans R (schéma 8.231). ArB(OMe)2.2. en fonction du volume de méthane dégagé (détermination des hydrogènes actifs par la méthode de Zerewitinoff). suite à une hydroboration (mécanisme § 9.232 RH + RN(MgX)2 . les organomagnésiens réagissent sur les amines primaires aliphatiques. qui réagit avec le peroxyde d’hydrogène.6). cétone. suivie de l’hydrolyse du composé lithié intermédiaire (schéma 8. Les organolithiens réagissent aussi avec ce réactif. RN3 + LiTs RLi + TsN3 réduction RNH2 Schéma 8. molybdène. ou titane. mais il faut y ajouter du méthyllithium. ArLi + N2 1) cat.411 8. peut former une amine par réaction avec un aryllithium. et effectuer la réaction à –78 °C. des azides RN3. H2O RNH2 + MgCl(OH) R-Li + CH3ONHR' CH3ONR'Li + RH RLi CH3OLi + R' NLi H . ArNH2 + NH3 2) H2O Schéma 8. facilement réduits en amines primaires par AlLiH4 ou l’hydrogène en présence de Pd/C (§ 13. H2O R R' NH R Schéma 8. Les réactions de substitution Une méthode intéressante permettant de préparer des amines primaires pures est la réaction d’un organomagnésien chloré ou bromé (mais pas iodé).234). une amine secondaire est produite (schéma 8. 2 RMgX + CH3-O-NH2 RNHMgCl + RH + Mg(OCH3)Cl X = Cl ou Br H .233 Le tosylazide TsN3 forme avec les organolithiens RLi.233).18) (schéma 8. en présence d’O-méthylhydroxylamine.235).235 Les chloramines réagissent sur les organomagnésiens et sur les organoboranes R3B pour former aussi des amines primaires.236). Quand une O-méthylhydroxylamine N-monosubstituée est le réactif. Dans la mesure où les . RNH2 (schéma 8.234 L’azote. en présence de catalyseurs métalliques dérivés de chrome. 10e – Action du soufre et de ses dérivés sur les composés organométalliques Bien qu’il ne s’agisse pas d’une méthode classique de préparation des thiols et des sulfures.(Et2O)2 R3 B 3 RMgX R3B + 3 MgX(OMe) + B(OMe)3 + 3MgFX + 2 Et2O R3Al + B(OR')3 R3B + Al (OR')3 3 alcène + BH3 R3 B R3 B NH3. ou à partir de borates d’alkyles. l’action du soufre sur les organomagnésiens conduit à ces composés (schéma 8.6). NaOCl 2 RNH2 + RB(OH)2 (NH2Cl) Schéma 8. 3 RMgX + BF3. RSO2MgX sont produits par action de l’anhydride sulfureux sur une solution d’organo- . en particulier les triarylboranes.237 Les acides sulfiniques.1 et 9.2. soit sur l’étherate de trifluorure de bore. Cl RSO2H Cl2 R-SO2Cl Schéma 8. R’3Al (AlCl3 + 3RMgX → R3Al + 3MgXCl). par réaction avec un trialkylaluminium. RSO2H.236 Il faut rappeler que les organoboranes sont aussi préparés par action des organomagnésiens. sous forme de complexe avec le magnésium.412 Chimie organique organoboranes peuvent être préparés à partir des alcènes. B(OR)3. B(OMe)3. RMgX + S R-S-MgX H R-SH RMgX R-S-R RMgX + SO2 RSO2MgX H .237). cette réaction est une méthode pour obtenir des amines par addition anti-Markovnikov de l’ammoniac sur les alcènes (§ 9. 8. soit sur le borate de méthyle. et le chlorure de sulfuryle.413 8. L’action d’un acide libère l’acide sulfinique. Be.238 8. Tous les métaux sont moins électronégatifs que le carbone. Ainsi. RSO2X. Les esters d’acides sulfiniques.10f – Transmétallations Les transmétallations dans les composés organométalliques consistent à remplacer le métal de ces composés par un autre. Cd. entre autres. traités par un organomagnésien fournissent des sulfures R-S-R. les composés alkylsodium et alkylpotassium sont des sels. on dit électropositifs) et plus la différence d’électronégativité avec le carbone est élevée.239. K . et le métal peut être Na. SO2Cl2. fournit un chlorure de sulfonyle. Sn. c’est la transmétallation entre deux composés organométalliques. Li.239 On peut ordonner les caractères ioniques des liaisons C-Métal en fonction de la nature de quelques métaux : Na > Li > Mg > Al > Zn > Cd > Hg. Dans la transmétallation par un sel métallique. R'-S-S-R' SO2Cl2 RMgX R-S-R' R-SO2Cl R'SO2R" R-SO-R" Schéma 8.2. R-S-S-R.240) : RM + M' R2Hg + Li RM' + M 2 RLi + Hg Schéma 8. R-SO-R’ (schéma 8. Zn. (parfois. Ainsi. RSO-OR’. Al. mais il en existe fort peu d’exemples. Une troisième possibilité existe. le plus souvent R2Hg est l’organométallique utilisé pour ces réactions (préparé par action d’organomagnésien sur le chlorure mercurique HgCl2).238). Ga. le métal du sel doit avoir une électronégativité plus élevée que celle du métal du composé organométallique de départ. . Ce rappel est nécessaire pour comprendre la transmétallation par un métal qui peut s’exprimer par l’équilibre suivant (schéma 8. Les réactions de substitution magnésien à froid. Celle d’un halogène conduit à son halogénure. Te. forment des sulfoxydes.240 Pour orienter l’équilibre vers la droite le métal M’ doit avoir un caractère électronégatif plus faible que M. Les disulfures. (CH2=CH)4Sn + 4 PhLi 4 CH2=CHLi + Ph4Sn Schéma 8. l’un d’eux est donné dans le schéma 8. RSO2Cl. plus le caractère ionique augmente et plus la réactivité du composé organométallique est élevée (RLi plus réactif que R2Hg). Mg. Cette transmétallation peut faire intervenir un métal plus réactif que celui du composé de départ ou un halogénure métallique. Pt. l’action d’un alkyllithium sur le chlorure de plomb(II) conduit à R4Pb(IV) à côté de Pb(0). et le sel un halogénure de Be. ou de Au. comme dans la préparation des organoboranes du schéma 8.242 8.241 Le plus souvent RM est un organomagnésien ou un organolithien. Ces réactions nécessitent. Al. deux équivalents ou plus de l’organométallique sont mis en réaction avec un équivalent de sel. Cd. On peut y ajouter celles avec le bore. Hg. SN1. et via un benzyne.241. l’antimoine et le bismuth. décrits ci-après. Parfois. Pb. 8. dans la plupart des cas. ou que les réactifs nucléophiles utilisés soient suffisamment puissants. . On distingue quatre mécanismes principaux qui sont SNAr. D’autres exemples sont donnés dans le schéma 8. Il s’effectue en deux étapes et n’a lieu. Dans certains cas. surtout s’ils sont en positions ortho ou para par rapport au groupe partant.242). qu’avec des cycles aromatiques activés par des substituants électroattracteurs qui diminuent la densité électronique des carbones du cycle. le plus souvent.243) est le plus fréquent. Avec quelques métalloïdes comme l’arsenic. 3 RMgX + As Br3 R3As + 3 MgBrX 3 RMgI + SbCl3 R3Sb + 3 ClMgI 3 RMgX + BiCl3 R3Bi + 3 MgClX Schéma 8. que le cycle aromatique soit substitué par des groupes électroattracteurs -I ou -M.3. SRN1. la réaction peut conduire à la formation de métal(0) à côté du composé organométallique. ces réactions de transmétallations sont possibles (schéma 8. Co.236. Zn.1 – Mécanisme SNAr Ce mécanisme de substitution nucléophile aromatique (schéma 8.3 Substitutions nucléophiles aromatiques Les mécanismes présentés pour les substitutions nucléophiles aliphatiques sont le plus souvent impossibles lorsque le carbone concerné appartient à un cycle aromatique non substitué. Sn. Par exemple.414 Chimie organique RM + 2RMgX + M'X RM' HgCl2 + MX R2Hg + 2 MgXCl 4 RMgX + 2 PbCl2 R4Pb + Pb + 2MgX2 + 2 Mg Cl2 4RLi R4Pb + Pb + 4 LiCl + 2 PbCl2 4 RMgX + SnCl4 R4Sn + 4 MgXCl 4CH2=CHMgBr + SnCl4 (CH2=CH)4Sn + 4 MgClBr Schéma 8. Les réactions de substitution La première étape consiste en l’addition du nucléophile sur le carbone du cycle qui est lié au groupe partant Y. réaction très rapide) NO2 Schéma 8. Dans ce mécanisme. selon la nature de Y. avec ordre 1 pour le substrat et pour le nucléophile. HX N O2N NO2 O2N NO2 NO2 X = F. la nature du groupe partant n’a qu’un effet assez faible sur la vitesse globale de la réaction.244 NO2 . Y Y Y Nu Z' Z' Nu Y Nu Z' Nu Z' lent Z Z Z Nu Z' -Y rapide Z Z (Z et Z' représentent dans la plupart des cas. Sa formation est lente. La seconde étape est le retrait rapide du groupe partant Y. Le carbanion qui en résulte est mésomère et dans certains cas peut être isolé sous forme de sel (sel de Meisenheimer-Jackson). ils peuvent être parfois des hydrogènes) Schéma 8.qui conduit au produit de substitution.MeOH H NO2 ONa N + SO3Na2 X H N . Cl. La cinétique de ce type de réaction est d’ordre 2. plus l’attaque du nucléophile est rapide.243 Quelques exemples de ce type de réaction sont présentés dans le schéma 8. Toutefois. Br ou I (avec F.415 8.244 : ONa SO3Na 2NaOH R R NaOH . toutefois. des groupes électro attracteurs.NaN(R)2 CN NaCN NO2 + SO3Na2 MeO O2N OMe O2N EtO OEt NO2 HN O O OEt O2N NO2 NO2 NO2 sel isolable (Meisenheimer-Jackson) NO2 N MeO X O 2N N + H+ . plus il est électronégatif. La réaction est du premier ordre. MeO Cl Cl OMe OMe .246). La première.246 .245).416 Chimie organique Des réactions équivalentes peuvent être effectuées avec des dérivés pyridiniques (schéma 8. très réactif. Formation du sel de diazonium à partir de l'aniline H Ph-NH2 + HNO2 N X Ph-N=N . Cl H2O OH + N2 + H2SO4 + N2 Cl Cl ∆ note: le terme ion arènium est général et s'applique aussi si le cycle est substitué (formé à partir d'arylamine). X X N 1) . à côté d’une molécule d’azote. le caractère électroattracteurs -M de la liaison C=N du cycle favorise la réaction (en ortho ou para). N X N ion arènium X Mécanisme SN1 aromatique + réaction lente 2) Nu (X + Nu (X + H 2O N N ) ) réaction rapide Exemples: N N . lente et équilibrée.245 8. Il s’effectue en deux étapes.2 – Mécanisme SN1 aromatique Ce mécanisme est spécifique des sels de benzodiazonium et de ses dérivés et exceptionnellement des triflates d’aryles encombrés en positions ortho par des groupes volumineux comme le groupe t-butyle. Schéma 8. Dans ce cas. SO4H N N . est l’attaque du nucléophile sur le carbocation aryle (schéma 8. est la formation d’un carbocation aryle (ou ion arènium).3. très rapide. La seconde.Cl N N N Schéma 8. débute par la formation d’un radical-anion. Ce dernier réagit alors avec une nouvelle molécule d’iodure d’aryle pour conduire au résultat de la substitution. contrairement à ce qui pourrait être attendu. Une stabilisation de l’ion diazonium correspondant est sans doute possible. à côté d’un nouvel ion-radical iodoaryle qui peut reproduire la même réaction en chaîne jusqu’à disparition des réactifs. particulièrement étudié sur des iodures aromatiques. électron ArI Ar ArI + I donneur Ar ArNu ArI ArNu + Nu + ArI Ar ArNu + I + ArI Nu Schéma 8. enfin. en présence d’un nucléophile (par exemple.248 Le radical aryle. et d’autre . mais par hyperconjugaison.417 8.3 – Mécanisme SRN1 Ce mécanisme radicalaire en chaîne. un électron étant fourni par un composé donneur d’électrons (par exemple.3. Deux exemples de ce type de réaction sont. la formation de diarylsulfures Ar2S par action de ArS.dans l’ammoniac liquide sous irradiation UV. une amine aromatique.247 La présence d’un groupe COOH (effet -M) en position para ne favorise pas cette réaction. l’ion amidure).248). Un groupe +I comme méthyle a un effet identique. produit un nouveau radical-anion aminoaryle. En position méta la réaction est accélérée par ces mêmes groupes (pas de résonance ou d’hyperconjugaison). soit par chauffage. Me O N Me O N N N Schéma 8. comme l’affirment certains auteurs. Ce radical-anion se décompose en radical aryle et ion iodure (schéma 8. Les réactions de substitution La présence en position para de groupes à effet +M comme OMe rend la réaction plus difficile en raison de la stabilisation par effet mésomère de l’ion diazonium correspondant (schéma 8. par des techniques électrochimiques. soit par irradiation UV (photochimie). le potassium en présence d’ammoniac liquide).247). lorsque le nucléophile est l’ion amidure. d’une part. 8. Ces réactions sont initiées. soit. Le benzyne ou 1. ou de potassium dans l’ammoniac liquide (schéma 8. ArI + ArS Ar hν NH3 liquide O OEt O P OEt Ar-S-Ar + I KNH2 ou K dans NH3 liquide Ar NH2 + O OEt O P OEt diéthylphosphate d'aryle Schéma 8.249 Ce mécanisme accompagne parfois le mécanisme « benzynique » présenté dans le paragraphe suivant. Ce mécanisme suppose qu’il n’existe pas deux substituants en positions ortho par rapport au groupe halogéno. hautes températures). le mécanisme classique est SNAr. les arynes Lorsque des groupes substituants électroaccepteurs sont présents pour permettre la substitution d’un groupe halogéno sur un cycle aromatique. En effet il existe une délocalisation électronique qui fournit une forme limite correspondant à un triène cumulé (schéma 8. Les études physicochimiques montrent que cette triple liaison n’a pas les caractéristiques des triples liaisons des alcynes. Toutefois. les deux électrons π supplémentaires par rapport au benzène n’affectent pas le caractère aromatique car ils n’interviennent pas dans la délocalisation.3. Par contre. 8. la préparation d’amines aromatiques à partir de diéthylphosphates d’aryles par action d’amidure de potassium. s’il n’existe aucun groupe d’activation sur l’halogénure aromatique.418 Chimie organique part. les arynes. Le mécanisme de la substitution est alors très différent de SNAr car il s’effectue via un benzyne ou ses dérivés.250).2-déhydrobenzène est un benzène dont une double liaison est remplacée par une triple liaison. la substitution du groupe halogéno par un réactif nucléophile devient très difficile et nécessite des bases fortes et des conditions expérimentales vigoureuses (hautes pressions. Dans ce mécanisme.249). l’ordre décroissant de réactivité du groupe halogéno est : Br > I > Cl > F. Cette liaison « triple » du benzyne est une liaison plus faible qu’une double liaison dans le benzène car les recouvrements des orbitales « p » dans le plan du cycle sont rendus difficiles. . forme la plus contributive.4 – Mécanisme de substitution nucléophile aromatique via le benzyne ou ses dérivés. + biphénylène Schéma 8. dans l’ammoniac liquide. un mécanisme a été proposé : il débute par une élimina- .hν O benzocyclobutène-1. Ils peuvent aussi se dimériser en biphénylène (schéma 8.2 CO 77K. Il a pu être isolé à 8 K.252).251). Les arynes sont très réactifs envers les réactifs nucléophiles (et aussi dans certains cas avec des réactifs électrophiles).2-dione H O benzyne O H+ HO OH .43A H H H H H H benzyne O . Pour expliquer un tel résultat. s’il n’existe pas dans le milieu un réactif avec lequel il pourrait réagir.H+ 1-naphtol furane Schéma 8. comme dans l’exemple présenté avec le furane et il a pu être observé lors de la photolyse de la benzocyclobutènedione à 77 K (– 196 °C) dans de l’argon congelé dont le point de fusion est de 84 K. et suite à l’élimination de deux molécules d’oxyde de carbone.40A H H H O O H H H O 1.42A 1.419 8.24A H H 1.10).251 Lorsque le 1-14C-chorobenzène est traité par l’amidure de potassium. deux anilines sont produites : 1-14C-aniline et 2-14C-aniline (schéma 8.250 Le benzyne est très réactif (il a pu être piègé par des réactions de type Diels-Alder (§ 9. Les réactions de substitution H recouvrement difficile des orbitales "p" O H 1. 252 Le chlorobenzène chauffé à 340 °C en présence de soude conduit au phénol après acidification du phénate. sa position est fonction de la nature électronique de ce substituant. voire unique. L’o-bromoanisole est transformé en m-aminoanisole (schéma 8. la substitution peut conduire parfois à un dérivé substitué en méta. Celui qui est prépondérant. La position relative d’un substituant par rapport au groupe partant (halogéno) sur le cycle et l’effet électronique qu’il exerce oriente la formation de la triple liaison du benzyne et l’addition du nucléophile.253 La présence d’un groupe substituant en position méta par rapport au groupe halogéno permet de former deux benzynes. S’il existe un substituant en position ortho par rapport au groupe halogéno. OCH3 KNH2 OCH3 OCH3 NH3 Br NH2 m-aminoanisole o-bromoanisole Schéma 8. Ce résultat s’explique par l’effet électronique du substituant dans l’aryne intermédiaire correspondant qui oriente l’addition du nucléophile (ce cas particulier de substitution qui ne s’effectue pas sur le carbone du groupe substitué mais sur un autre du cycle s’appelle ciné substitution).420 Chimie organique tion de HCl produisant un benzyne. suivie d’une addition du nucléophile sur la triple liaison du benzyne ce qui peut se réaliser de deux manières différentes A ou B et explique le résultat obtenu avec le 1-14C-chlorobenzène. Un substituant électroattracteur favorise le retrait du proton en position ortho par rapport à ce substituant et inversement pour un substituant électrodonneur (retrait de H en position para). NH3 liquide NH2 puis H+ C + NH2 Cl Cl 14 C 14 C H H 14 14 C .253). est celui qui correspond au retrait de l’hydrogène le plus acide. 14 C Cl 14 C KNH2. H2O 14 C 340°C 14 C A) ONa H B) OH 1-14C-aniline et NH3 NH2 14 C H 2-14C-aniline NH2 phénol Schéma 8.Cl + NH3 NH2 Cl NaOH. . Me Me Me KNH2 NH3 NH2 p-aminotoluène Me Br p-bromotoluène NH2 m-aminotoluène Schéma 8. les p. la réaction ne peut plus avoir lieu. Les réactions de substitution Lorsque deux substituants en positions ortho par rapport au groupe halogéno sont présents. celui dont la charge est la plus proche d’un substituant électroattracteur. par cette réaction.421 8.255 .et m-aminotoluènes (schéma 8. Sur le benzyne. deux possibilités d’addition de NH3 sont possibles: celle qui conduit à la formation d’un carbanion intermédiaire le plus stable sera privilégiée. C’est le cas du p-bromotoluène qui fournit.255). c’est-à-dire.254 Lorsqu’un substituant est en position para par rapport au groupe halogéno.254). le plus acide NO2 NO2 NO2 H H KNH2 + Br H H le moins acide benzyne prépondérant NO2 NO2 H NO2 NH2 NH3 H H + NH3 carbanion le plus stable ou NO2 NO2 H NH2 NH3 H H H carbanion le moins stable Schéma 8. deux composés sont formés. ou la plus éloignée d’un substituant électrodonneur (schéma 8. à la fois. 256 L’électrophile E+ attaque le cycle aromatique ce qui nécessite beaucoup d’énergie dans la mesure où le caractère aromatique du système disparaît pour laisser place à un carbocation. L’ion arènium est mésomère et résonne entre trois formules limites. indiqué SEAr. vitesse = k[Ar-H][E] Lorsque le benzène est déjà substitué par un groupe Z.422 8. Cette seconde possibilité est la plus fréquente et conduit très rapidement à un benzène substitué par le groupe E. la rendre difficile s’il est électroattracteur. polycycliques ou hétérocycliques. groupe partant. soit à la perte de E+ (réaction équilibrée). H H E H H E E H E E lent ion arènium H E E -H rapide Schéma 8. et un mécanisme d’exception indiqué SE1.1 – Mécanisme SeAr Les réactions de substitution électrophiles représentent la majorité des réactions effectuées sur les composés aromatiques benzèniques. Il existe un mécanisme général avec des variantes selon le réactif utilisé. C’est donc une réaction lente et qui fait intervenir un réactif électrophile fort. Il est très réactif. Cette réaction est sous contrôle cinétique.256. soit au départ d’un proton.4 Chimie organique Substitutions électrophiles aromatiques 8.4. Le retour au caractère aromatique peut correspondre. Dans ce dernier cas. Lorsque la réaction a lieu sur le benzène et que le réactif électrophile est un ion positif le mécanisme de la substitution est donné dans le schéma 8. C’est donc la première étape du mécanisme qui impose la vitesse à l’ensemble de la substitution qui est d’ordre 2. Cela nécessite l’utilisation d’un doublet d’électrons du sextet aromatique pour créer la liaison avec E. Ce n’est donc pas la stabilité thermodynamique de l’un des isomères qui oriente la réaction mais plutôt l’énergie d’activa- . celui-ci peut activer la substitution s’il est électrodonneur. l’orientation de l’attaque de E+ devient alors plus complexe et bien souvent plusieurs isomères sont obtenus avec prépondérance de l’un d’eux. ou au contraire. appelé ion arènium ou entité intermédiaire de Wheland. OH. La stabilité de l’ion arénium intermédiaire. Dans le cas de la nitration. il se forme d’abord Ar-NH-NO2 qui se réarrange pour donner le produit de substitution du cycle. moins l’énergie d’activation est importante.257 Pour les amines libres. l’amine est entièrement sous forme de sel et la substitution se fait alors plutôt en position méta comme pour le second groupe de substituants. ce résultat n’est exact qu’en milieu faiblement acide. ces groupes Z qui facilitent les substitutions électrophiles au point qu’il faut parfois diminuer la réactivité de l’électrophile pour éviter des réactions secondaires (par exemple. par acétylation. SR et les halogènes. o Le premier groupe de substituants Z a un caractère électrodonneur +M et un effet inducteur -I. selon un ordre d’effet décroissant. On peut représenter les trois ions arénium et leurs formes limites selon le schéma 8. Ar-NH-CO-Me. NHCOR. Dans le cas contraire.257 : les ions arénium (ortho) et (para) sont mieux stabilisés que leur isomère (méta) en raison du nombre supérieur de leurs formes limites. . Plus cet ion est stable. La déprotection du groupe amino s’effectue par hydrolyse acide. L’oxydation de ces amines par l’acide nitrique nécessite le plus souvent de protéger l’amine en la transformant en acétamide. En effet. L’effet mésomère oriente la substitution. ortho E E E E H H H H E Z Z Z Z Z Z Z Z méta E E E H H H Z Z Z Z para E H E H E H E H Schéma 8. qui est liée à la structure et au nombre de ses formes limites. NH2. Trois types de groupes liés au benzène peuvent être envisagés. est en rapport avec l’énergie d’activation nécessaire pour atteindre l’état de transition. la substitution par le brome du phénol) orientent généralement les substitutions sur le cycle en positions ortho et para. avant la nitration. NHR. OCOR. et plus cet ion fournira l’isomère prépondérant. A la plus faible énergie d’activation correspond l’isomère prépondérant. Les réactions de substitution tion nécessaire pour former les produits finaux. en présence d’acide fort. OR. de NR2. Il s’agit. Ce procédé a aussi un effet désactivant du groupe NH2 : 90 % de p-nitroacétanilide est obtenu à côté de 2 % de l’isomère méta.423 8. NHMe2+ et NMe3+. Par contre. CONH2. Il s’agit de NR3+. ortho E E E H H H E Z Z Z Z Z Z Z méta H H H Z = substituant Z Z Z à effet -M E E E para E H E H E H Schéma 8.424 Chimie organique o Le second groupe de substitants Z possède un caractère -I et (ou) -M. COOH. CF3. bien qu’à effet -I . Par ailleurs.259). . Les ions arénium dérivés de cycles substitués par des groupes alkyles ayant des hydrogènes portés par le carbone lié au cycle donnent lieu à un phénomène d’hyperconjugaison (schéma 8. aryles et de COO-. les ions arénium (ortho et para) sont plus stables que l’isomère (méta) dans la mesure où le carbocation est tertiaire pour les deux premiers cas.258 Les groupes NH2Me+. seul. l’ion arénium (méta) est relativement le moins déstabilisé par l’effet de Z (schéma 8. o Le troisième groupe de substituants Z est constitué de groupes alkyles. SO3H. CHO.258). Ces groupes orientent la substitution en position méta car parmi les trois ions arénium possibles. COOR. NO2. Tous ces groupes activent le cycle et orientent la substitution électrophile en positions ortho et para. et secondaire pour le troisième cas. COR. CCl3 et rangés par ordre d’effet d’inactivation décroissant du système chimique vis-à-vis d’une substitution électrophile. orientent presque autant en positions méta et para avec une augmentation de l’orientation méta en rapport avec le nombre de groupes méthyles liés à l’azote. NH3+ oriente de manière apparemment anormale en position para. CN. 425 8.260). Les réactions de substitution R H hyperconjugaison H C E ortho carbocation tertiaire H R H C H R H E H C pas d'hyperconjugaison carbocation secondaire méta E H hyperconjugaison R H para H C H carbocation tertiaire E Schéma 8. E E E H ortho H E méta E H E para H E H E Schéma 8.260 .259 Les ions arénium dérivés de cycles substitués par un groupe aryle entrent en résonance avec ce groupe rendant ceux substitués en positions ortho et para plus stables (schéma 8. Pour des raisons similaires à celles qui ont été données pour le benzène. bien qu’il ait luimême un caractère mésomère.2 du groupe E suivie de l’élimination d’un proton ce qui conduit à un dérivé disubstitué ortho (équivalent d’une attaque directe en position ortho). Pour certaines réactions comme la nitration. l’attaque en position α du naphtalène est privilégiée par rapport à l’attaque en position β en raison du plus grand nombre de formes limites entre lesquelles résonne l’ion arénium correspondant (schéma 8. L’ion arénium qui en résulte peut perdre Z+ avec formation de nitrobenzène dans le cas d’une nitration.262 .2 et conduire de nouveau. est électrodonneur ce qui explique l’orientation ortho et para. l’anthracène ou le phénanthrène se font relativement plus facilement que sur le benzène.2 E H Z -H Z H Nu dérivé de cyclohexadiène Schéma 8. à un dérivé ortho disubstitué. après élimination d’un proton.ne donne pas lieu à une résonance avec le cycle. comme tous les groupes mésomères chargés négativement. ou bien subir une migration 1. Z E Z E -Z Z Z H attaque "ipso" E E -H E H Z E E H Nu H migration 1. l’ion arénium réagit en position para pour former un composé trisubstitué dérivé de cyclohexadiène (schéma 8. il s’agit alors d’une attaque en position « ipso ».261). Les substitutions électrophiles sur les hydrocarbures polycycliques aromatiques comme le naphtalène.2. l’attaque de l’électrophile peut être orientée vers le carbone substitué par Z. NO2 α NO2 α β β β α α naphtalène NO3H Ac2O NO3H β SO4H2 et NO 2 anthracène NO2 Schéma 8. si un nucléophile est présent. Ce groupe.262).426 Chimie organique Le groupe COO. ou bien encore le groupe Z peut effectuer la migration 1.261 Il est possible que certaines des substitutions ortho indiquées dans les cas classiques soient en fait des attaques « ipso » avec migrations 1. Enfin. et NO2+. toutefois suffisante pour que la réaction ait lieu. ou les sels de nitronium (par exemple NO2+.1a – Nitration Dans les réactions de nitration. l’anhydride acétique ou l’acide acétique.427 8.4. on peut utiliser l’acide nitrique dans l’eau. .BF4-). de plus. Des exemples sont donnés dans le cas de la nitration (schéma 8 265). D’autres sources d’ions nitronium sont utilisées comme les esters d’acide nitrique ou nitrates RONO2 qui acceptent la présence d’acides de Lewis. Dans le cas de la pyridine. La dissociation du pentoxyde d’azote N2O5 fournit aussi l’ion nitronium à côté de l’anion nitrate. Il peut résulter de l’action de l’acide sulfurique concentré sur l’acide nitrique (ayant.263. le pyrrole ou le thiophène oriente l’attaque des réactifs électrophiles. Les réactions de substitution La présence d’un hétéroélément dans les hétérocycles comme la pyridine. A) B) HO-NO2 + H2SO4 H2O-NO2 + HSO4 H2O-NO2 + H2SO4 H 3O + HSO4 HNO3 + 2 H2SO4 H 3O + NO2 HO-NO2 + + HNO3 H2O-NO2 + H2O-NO2 + HNO3 H 3O NO3 HNO3 + 2 HNO3 + H3O + + NO2 2 HSO4 NO3 NO2 + NO2 + 2 NO3 H H NO2 O N O SO4H (ou NO3 ) NO2 + SO4H2 (ou NO3H) Schéma 8. la position 2 ou α est la plus souvent attaquée en raison de sa plus forte densité électronique qui résulte de l’effet de l’hétéroélément. 8. Pour le pyrrole et le thiophène.263 Dans certains cas. l’ion nitronium NO2+ est le réactif électrophile. entre autres.CF3SO3. le groupe C=N cyclique a un effet -M et. l’azote est protoné par les acides ce qui diminue la densité électronique des carbones en position α et rend les substitutions électrophiles difficiles. dans ce cas. mais avec une très faible production d’ions nitronium NO2+. le rôle d’une base) (réactions A) ou de l’action de l’acide nitrique sur lui-même (réactions B) indiquées dans le schéma 8. . Pour les composés hétérocycliques. ClSO3H. le thiophène est nitré dans les mêmes conditions que le benzène. qui conduisent au para-nitrosophénol. la nitration par l’acétylnitrate en présence d’acide nitrique et d’anhydride acétique.428 Chimie organique Il est intéressant de remarquer que la facile nitration du phénol dans l’acide nitrique dilué n’est pas le résultat d’une concentration anormale en ions nitronium mais est due dans ces conditions à la présence de l’ion nitrosonium NO+.265 8. En effet l’acide nitrique réagit sur l’acide nitreux présent en faible quantité pour former des ions nitrosonium (moins actifs que les ions nitrosium. le furane se comporte comme un diène conjugué. La réaction peut avoir lieu avec l’acide sulfurique.265). l’anhydride sulfurique. Le premier produit formé est le 2-nitrofurane.AcOH O NO2 furane Schéma 8.4.264). HNO2 + 2HNO3 OH H 3O + OH 2 NO3 OH H NO OH O NO3 . SO3. Il est ensuite rapidement oxydé par l’acide nitrique en para-nitrophénol.HNO3 NO + HNO3 NO NO NO2 Schéma 8. l’oléum (SO4H2 + SO3 en excès). La pyridine nécessite des conditions nettement plus vigoureuses. absents dans ces conditions).1b – Sulfonation La sulfonation de composés aromatiques conduit à des acides arylsulfoniques ArSO3H. Ac2O H O NO2 AcO H H AcO O NO2 pyridine . Dans tous les cas. l’acide chlorosulfurique. Dans le cas du furane. Le pyrrole est nitré très facilement (schéma 8.264 Il est intéressant de remarquer ici que NO+ est nettement moins actif que NO2+.5% N 6% NO3H SO4H2 S S NO2 thiophène NO3H N H Ac2O N H NO2 + O2N N H NO2 B pyrrole AcONO2 O NO3H. n’est pas de type aromatique . Il est ensuite rapidement oxydé par l’acide nitrique du milieu en para-nitrophénol (schéma 8. N NO3H SO4H2 370°C pyridine NO2 + NO2 N 0. aryléthers. La sulfonation du benzène par l’acide sulfurique fournit aussi des traces de sulfone.267 : H H SO3H SO3 SO3 + H + SO3 Schéma 8. est transformé en acide sulfonique (schéma 8.429 8. Le mécanisme principal proposé pour la sulfonation est le suivant. schéma 8. Les réactions de substitution l’électrophile est SO3 sauf pour ClSO3H mais il est vraisemblable que selon les conditions expérimentales de la réaction. qui résultent de l’action d’une molécule d’acide sulfurique sur deux molécules de benzène. Cette propriété des acides arylsufoniques est utilisée pour orienter certaines réactions sur le cycle par influence du groupe SO3H (présent) à effet -M. Ce groupe est ensuite extrait. schéma 8. phénols. . cétones aromatiques.266 L’anhydrique sulfurique est un bon électrophile car le soufre est soumis à l’action de trois atomes d’oxygène.266 : 2 H2SO4 SO3 + H3O + HSO4 H2SO4(SO3) ou H2S2O7 SO3 + H2SO4 SO3H 3 H2SO4 + H3O + 2 HSO4 Schéma 8. C6H5-SO2-C6H5. d’autres électrophiles peuvent intervenir comme H2SO4 (solution concentrée à 80-85 %).268 La sulfonation est une réaction réversible. acides arylcarboxyliques et sulfoniques. Les divers électrophiles sont issus des équilibres suivants.268). et H2S2O7 ou H2SO4 + SO3 pour des concentrations supérieures à 85 %. dérivés aromatiques nitrés.267 La sulfonation a lieu avec des dérivés du benzène : arylamines et arylamides. L’utilisation de l’acide chlorosulfurique ClSO3H conduit à un chlorure de sulfonyle qui. C’est l’électrophile le plus actif de ceux possibles dans cette réaction. élément très électronégatif. SO3H SO2Cl H2O + ClSO3H + HCl Schéma 8. L’action de la vapeur d’eau ou de l’acide chlorhydrique remplace SO3H par H. s’il est mis en présence d’eau. 270). 320°C SO3H N acide pyridine-3-sulfonique N SO3H oléum. soumis à l’action de l’acide chlorhydrique à 150 °C. cet acide sulfonique est extrait.269).269 La sulfonation des hétérocycles pyrrole et furane nécessite l’emploi de l’anhydride sulfurique dans la pyridine afin d’éviter des réactions de polymérisation qui résultent de l’emploi de H2SO4. soluble dans l’eau (schéma 8. 360°C N acide pyridine-4-sulfonique Schéma 8. Cette dernière réaction est très utilisée pour « déthiophéner » le benzène extrait du goudron de houille qui contient des traces de cet hétérocycle. Le benzène ne réagit qu’à 80 °C. Le benzène est ensuite distillé. SO3 + N SO3 N N SO3 Z Z Z = O ou NH SO3 H .270 SO3H + N H . ainsi que les restes d’acide sulfurique. On traite ce benzène impur par l’acide sulfurique à 30 °C ce qui ne forme à cette température que l’acide 2-thiophènesulfonique. le toluène est d’abord sulfoné par l’acide sulfurique.430 Chimie organique Par exemple (schéma 8. Me Cl Cl HCl. Le produit obtenu. puis chloré en position ortho du groupe méthyle (orientation due principalement au groupe SO3H) par le chlore en présence de fer. permet la désulfonation qui conduit au produit attendu. dans la préparation de l’orthochlorotoluène. Par contre le thiophène réagit à 30 °C avec l’acide sulfurique à 95 %. 150°C Cl2-Fe H2SO4 toluène Me Me Me ortho-chlorotoluène SO3H SO3H Schéma 8. Par lavage à l’eau du benzène ainsi traité. N H Z SO4H2 S 30°C S SO3H acide 2-thiophènesulfonique composé soluble dans l'eau oléum + HgSO4 220°C oléum. 8.Le benzène Br Br2.1c – Halogénation .271).271 L’halogénation du benzène par le brome ou le chlore s’effectue en présence d’un acide de Lewis qui permet d’augmenter le caractère électrophile des halogènes. Le fluorobenzène résulte de la réaction de Schiemann par chauffage de fluoroborate de phényldiazonium.272 décrit l’activation du brome par le bromure ferrique et la réaction avec le benzène. Le schéma 8. La présence de sulfate mercureux. Les réactions de substitution La pyridine est difficilement sulfonée en position 3 par l’oléum à 320 °C. Br Br Br FeBr3 + Br Br FeBr3 H H Br Br Br FeBr3 + Br FeBr3 Br FeBr3 Br + HBr + FeBr3 Schéma 8. On utilise aussi le chlorure d’aluminium (chloration) et l’acétate de thallium (III).273 . permet de diminuer la température à 220 °C (sulfonation en position 3). FeBr3 + HBr Schéma 8. Cet acide de Lewis est le chlorure ou le bromure ferrique (schéma 8.272 La fluoration du benzène ne nécessite pas d’acide de Lewis: elle est explosive. C’est une réaction de substitution nucléophile aromatique (schéma 8.273). et en position 4 à 360 °C.4. Parfois on ajoute seulement de la poudre de fer ce qui forme l’acide de Lewis in situ. comme catalyseur.431 8. F N N F + N2 + BF3 BF3 Schéma 8. L’unique monohalogénation des amines est mieux contrôlée en utilisant une amine acylée (un anilide. métha. mais avec des résultats très variables. Cette réaction peut servir de test à la présence de ces composés aromatiques. XeF2. En présence d’un acide de Lewis comme AlX3. CH3CO3H. les carbones α. para) est possible. CH3COOF (CH3COONa + F2). qui permet la formation d’un intermédiaire.432 Chimie organique Il est toutefois possible de fluorer le benzène ou certains de ses dérivés en utilisant divers agents fluorants tels que le fluorure de xénon. ArNHCOR). L’iodation du benzène est difficile et nécessite la présence d’un oxydant comme l’acide peroxyacétique. la bromation en positions ortho doit être réalisée à basse température (– 78 °C en présence d’une base qui peut être la t-butylamine ou la triéthylènediamine). Une solution diluée de brome ou de chlore dans l’eau est suffisante pour halogéner les amines aromatiques ou les phénols à 25 °C. et le naphtalène OH OH OH OH Br Br2 puis puis Br Br Br Br Br Schéma 8. et la présence d’acide de Lewis n’est plus nécessaire pour la chloration et la bromation. . ou HIO3. tel que CH3COOI avec l’acide peroxyacétique ou I3+ avec HIO3. Ceci s’applique aussi au naphtalène qui possède des sites à forte densité électronique. l’hypofluorite d’acétyle. les polyalkylbenzènes. Le chlore est plus réactif que le brome. Il est vraisemblable que le mécanisme est l’inverse de celui de la formation des halogénobenzènes.Les arylamines. . La réaction est tellement facile qu’une double (ortho et para). ou de groupes alkyles à effet +I pour les polyalkylbenzènes facilite la réaction d’halogénation.275).274 La présence de groupes +M substituant le cycle pour les arylamines et les phénols. meilleur électrophile que l’iode. les phénols. Le mécanisme de la bromation des phénols débute par la polarisation de la molécule d’halogène par le phénol lui-même (schéma 8. les halobenzènes peuvent être déshalogénés. entre autres. Pour le phénol. La déprotection du groupe amino du composé final halogéné nécessite une hydrolyse. La réaction ne s’applique pas au fluorobenzène. Les iodobenzènes réagissent le plus facilement. voire une triple halogénation (ortho. On peut citer parmi les plus classiques. les acides hypochloreux et hypobromeux (HOCl.HBr . HOBr) en présence d’un acide fort qui libèrent Cl+ ou Br+. suivant une substitution radicalaire. et bromé à –5 °C seulement en position 2 dans le dioxane. .40°C Cl O S Br2 -5°C Br O O ou S Br2 + HBr. O NBr Cl2 O . . Différents agents halogénants peuvent être utilisés à la place des halogènes selon le composé à halogéner. Le pyrrole est chloré en position 2 par le N-chlorosuccinimide (schéma 8.276).BrH Br Br Br Br Br Br Schéma 8.HBr Br2 . L’halogénation des polyalkylbenzènes nécessite que la réaction soit effectuée à l’obscurité sinon elle est orientée vers les groupes alkyles.433 8.25°C Br O NCl Br Br2.Les hétérocycles aromatiques Le furane est chloré en position α par le chlore à –40 °C.276 N H Cl .275 La chloration et la bromation des monoamines aromatiques et des phénols s’effectuent uniquement en position para. comme le font les N-chloro et N-bromosuccinimides. Le thiophène est bromé en position 2 par le bromosuccinimide ou par le brome en présence de HBr à –25 °C. oléum 130°C N N O N H Schéma 8. Les réactions de substitution H H H H O O O O H H O O H H H O O O H H +δ Br −δ Br Br Br2 Br . 278 L’acide de Lewis le plus utilisé est AlCl3. a permis d’alkyler les cycles aromatiques en faisant réagir un halogénoalcane en présence d’un acide de Lewis (schéma 8. Le chlore et le brome ne réagissent seuls qu’à partir de 200 °C pour donner un mélange de 3-halogéno et 3. et d’une manière plus générale.2. .1d – Alkylation et acylation par la réaction de Friedel et Crafts . les phénols réagissent. comme dans le cas des halogénoalcanes secondaires et tertiaires (schéma 8. On peut aussi employer des dihalogénoalcanes comme FCH2-CH2-CH2Cl. L’alkylation par des halogénoalcanes primaires débute par une coordination avec l’acide de Lewis ce qui rend le groupe alkyle partiellement positif et permet une attaque électrophile du cycle aromatique. 8. découverte en 1877.5-dihalogénopyridines. CH2 CH2 CH2 CH2Cl (4-chloro-butyl)-benzène AlCl3 .278).Alkylation R + RX Acide + HX de Lewis Schéma 8. SnCl4 > BCl3 . avec BCl3 comme catalyseur pour obtenir Ph-CH2-CH2-CH2Cl. OR et NH2 rend difficile cette réaction pour les composés aromatiques substitués par ces groupes.4. SbCl3.279).3. D’autres composés peuvent le remplacer comme ceux indiqués ci-après rangés en fonction de leur activité : AlBr3 > AlCl3 > FeCl3 > SbCl5 > ZrCl4.4-tétrahydro-naphthalène Schéma 8.277). Le choix est fonction de la réactivité de l’halogénoalcane.277 La réaction de Friedel et Crafts.HCl 1.434 Chimie organique La bromation de la pyridine en position 3 nécessite l’action du brome en présence d’oléum à 130 °C. Il n’est toutefois pas exclu que le carbocation RCH2+ se forme aussi. La réactivité des halogénoalcanes augmente selon l’ordre RI > RBr > RCl > RF. du dérivé aromatique à alkyler. C’est une réaction importante qui a reçu de nombreux développements. BF3. Par exception. La coordination de ces acides de Lewis avec certaines fonctions comme OH. Une réaction intramoléculaire est aussi possible avec Ph-(CH2)4Cl (schéma 8. Des polyalkylations du composé aromatique sont très souvent observées. dans les deux cas. La présence d’un acide de Lewis comme BF3. Ils attaquent ensuite le benzène selon un mécanisme semblable à celui de la nitration par NO2+. ainsi qu’un milieu acide (schéma 8.280 Les alcools sont de meilleurs alkylants que les halogénoalcanes. soit en présence d’acide de Lewis. Ils réagissent soit en présence d’acide sulfurique.280). ROH + AlCl3 .282). R1 R1 + CH Cl CH + AlCl4 AlCl3 R2 R2 H H AlCl4 CH R1 CH AlCl4 R1 + HCl + AlCl3 CH R2 R1 R2 R2 Schéma 8.279 Dans le cas des halogénures secondaires ou tertiaires. . Il se forme. un carbocation qui attaque ensuite le cycle aromatique (schéma 8. Les réactions de substitution R-CH2-Cl + AlCl3 Cl H R-CH2-Cl AlCl3 AlCl3 + HX + AlCl3 H CH2R CH2R R CH2 Cl AlCl3 Schéma 8.281 Les alcènes sont d’excellents alkylants. les carbocations alkyles correspondants sont formés. est nécessaire.281).435 8.HCl ROAlCl2 R + OAlCl2 Schéma 8. Des réarrangements du carbocation sont possibles et plus particulièrement dans le cas des halogénoalcanes primaires et secondaires et il n’est pas rare qu’un halogénure de n-propyle conduise à un isopropylbenzène (schéma 8. .1-diphényléthane. En raison de la possibilité de complexation du chlorure d’acide par l’acide de Lewis.1-diphényléthane Schéma 8. D’autres alkylants susceptibles de former un carbocation peuvent être employés. les nitroalcanes et les sulfonates. Le pyrrole. RCOX. il est toujours nécessaire de mettre ce dernier en excès par rapport à l’halogénure d’acide ce qui n’est pas le cas pour l’alkylation (schéma 8. On peut noter. Dans la plupart des cas.282 L’acétylène est le seul alcyne à pouvoir être utilisé dans ce type de réaction : une double réaction a lieu avec le benzène ce qui conduit à du 1. le thiophène est alkylé par les halogénures d’alkyles. La pyridine ne peut être alkylée que par l’action des organolithiens ou des organomagnésiens. parmi d’autres. qui est employé avec R. La réactivité des halogénures d’acides est variable selon X avec I > Br > Cl > F. . c’est un halogénure d’acide. alkyle ou aryle. Le naphtalène est difficilement alkylé par cette réaction en raison de sa forte affinité pour les acides de Lewis. avec de mauvais rendements.436 Chimie organique +H H H acide -H de Lewis H H H + H 2 HC CH H acide de Lewis CH CH3 1. les thiols. le furane ne sont pas alkylés dans ces conditions.283 L’acylation des substrats aromatiques selon la réaction d’acylation de Friedel et Crafts est la méthode de choix pour préparer des cétones aromatiques. Par contre.Acylation COR + RCOX Acide + HX de Lewis Schéma 8.283). comme le nitrobenzène (A). Les substrats ayant un groupe alkyle. deux possibilités d’acylation sont possibles.HX R C H O O R C R C + AlCl3 X Schéma 8. très stable. Les phénols peuvent être O-acylés mais le réarrangement de Fries (§ 8. (Me)3C+. par décarbonylation. ou un complexe polarisé constitué par le chlorure d’acide et l’acide de Lewis observé dans les solvants non polaires (B). Par contre. Lorsque les deux groupes ont des effets électroniques comparables.284. c’est leur volume qui doit être pris en compte et c’est la cétone résultante ayant le groupe le plus volumineux qui est prédominante. RCO-O-COR’. Les deux mécanismes sont présentés dans le schéma 8. Si les volumes sont équivalents mais que l’un des . alcoxy. certains carbocations acylium peuvent se décarbonyler si les carbocations alkyles ainsi formés sont très stables. qui attaque alors le substrat aromatique. le carbocation t-butyle. il est rare d’observer un réarrangement. Dans le cas d’anhydrides mixtes. en raison du volume relativement important du groupe acyle qui crée une gêne stérique. O R C X O R C AlCl3 + X AlCl3 AlCl3 O R C X + carbocation acylium O AlCl3 + complexe R C X O O A) R C + R H H X AlCl3 AlCl3 B) O R C + X AlCl3 AlCl3 AlCl3 O O R C X H R C X AlCl3 O H + HX + AlCl3 C . Les acides de Lewis pour cette réaction sont les mêmes que ceux de l’alkylation.437 8. L’électrophile est RCO+.4. De même. Les réactions de substitution Il est rare que des polyacylations soient observées en raison de la désactivation du cycle par la première acylation. et surtout para.1n) permet d’obtenir le phénol acylé sur le cycle. acétamido. C’est le cas de (Me)3CCO+ qui peut libérer. ou un halogène sont facilement acylés en position ortho. Il semble qu’il existe deux entités susceptibles d’intervenir dans ces réactions: un carbocation acyle plus spécifique des solvants polaires.284 L’acylation peut être aussi le résultat de l’action d’un anhydride d’acide (RCO)2O sur le substrat aromatique en présence d’un acide de Lewis. l’anhydride succinique. peut réagir avec le benzène (ou ses dérivés alkylés ou halogénés) selon le mécanisme de la réaction de Friedel et Crafts. Les cétènes et les esters peuvent aussi être utilisés dans cette réaction. 8. par exemple R. les chlorures de carbamoyles ou les isocyanates COCl + COCl2 AlCl3 + HCl COOH H 2O COCl O AlCl3 C + HCl Schéma 8. contient une fonction à effet -I. en présence de AlCl3. PhCOCl. cette synthèse de la 3.4dihydro-2H-naphtalèn-1-one est appelée réaction de Haworth (schéma 8. Une nouvelle réaction de Friedel et Crafts avec le benzène présent (avant l’hydrolyse) peut aussi avoir lieu ce qui conduit alors à la benzophénone. mais les conditions de la réaction conduisent en fait à l’acide benzoïque. pour former le chlorure de l’acide benzoïque. . O O O AlCl3 H réduction O HOOC HOOC O 3.438 Chimie organique deux groupes.286 Le phosgène COCl2.4-dihydro-2H-naphthalèn-1-one Schéma 8. PhCOOH. c’est l’autre groupe R’ qui formera la cétone prédominante ArCOR’. L’utilisation d’un anhydride cyclique. avec AlCl3 permet une première acylation du benzène. suite à l’addition d’eau en fin de réaction.1e – Carboxylations par le phosgène. Les esters orientent plus souvent la réaction vers une alkylation plutôt qu’une acylation. Enfin. PhCOPh. l’acylation du substrat aromatique peut s’effectuer hors de la présence d’un acide de Lewis lorsque le carbocation acylium peut être formé à partir d’un acide organique et d’un acide fort comme H 2SO4 ou HF. un gaz particulièrement toxique. Si elle est suivie d’une nouvelle acylation intramoléculaire utilisant un acide fort après réduction du groupe cétonique. mais particulièrement difficile avec la pyridine.285).285 La réaction d’acylation de Friedel et Crafts est possible avec le furane et le thiophène (positions 2 puis 5).4. Elle nécessite un chauffage à haute température qui. Leur hydrolyse. Les réactions de substitution Le chlorure d’oxalyle.288 La réaction d’arylation de Scholl (1912) consiste à coupler deux substrats aromatiques en présence d’un acide fort et d’un acide de Lewis (schéma 8. fournit encore l’acide benzoïque (schéma 8.N’-disubstitué. Avec le . peuvent résulter de la réaction d’isocyanates RNCO sur le benzène en présence d’un acide de Lewis. dans les conditions de la réaction de Friedel et Crafts. après hydrolyse. ou PhCON(R)(R’). 8. ou un chlorure de carbamoyle N.287 D’autres amides et thioamides secondaires dérivés de l’acide benzoïque ou de ses dérivés. H + H2N acide benzoïque Schéma 8.287). ClCONH2. après isolement. A). la réaction fournit alors seulement un amide de l’acide benzoïque PhCONH2. selon le cas.1f – Arylation AlCl3 A) + H2O H + oxydant O O AlCl3. ClCON(R)(R’). ClCOCOCl.439 8. conduit d’abord à la dégradation des substrats ( ! ) ce qui rend cette réaction difficilement utilisable. le plus souvent AlCl3. Lorsque le phosgène est remplacé par le chlorure de carbamoyle. L’hydrolyse fournit uniquement l’acide benzoïque. PhCONHR. O2 à sec B) N N N N AlCl3 H + oxydant Schéma 8. dans de nombreux cas.288. R R + CON AlCl3 NCOCl R' + HCl R' amide tertiaire chlorure de carbamoyle + RN=C=O CONHR AlCl3 isocyanate amide secondaire COOH CO-N H2O. conduit uniquement.4. à l’acide benzoïque. 290 Le toluène fournit le para-tolualdéhyde. ainsi que les phénols.Réaction de Gatterman-Koch CHO + CO + HCl AlCl3 + CuCl Schéma 8.. la substitution est orientée en para. HCl).289). La réaction s’effectue sous pression (30 à 90 bars/cm2) en l’absence d’activateur. NiCl2. La réaction peut être intramoléculaire si deux cycles aromatiques sont présents dans la molécule traitée. composé instable. .288. Avec le naphtalène. limitée au benzène et alkylbenzènes. 8. Les polyalkylbenzènes ne réagissent pas.440 Chimie organique benzène. Cette réaction a surtout été utilisée avec des cétones ou composés azoïques aromatiques comme dans les exemples B du schéma 8. chlorure cuivreux.Réaction de Gatterman (Zn(CN)2.4. chlorure de formyle. on obtent le binaphtyle.289 La réaction de formylation de Gatterman-Koch (1897) remplace « HCOCl ».1g – Formylations . et réaction d’Houben-Hoesch Zn(CN)2 + HCl puis H2O Schéma 8.291 CHO . TiCl4. ou le tétrachlorure de titane. par le mélange CO + HCl (schéma 8.230). La présence d’un oxydant minéral augmente le rendement. FeCl3 ou BF3 ont aussi été utilisés) auquel on ajoute un activateur comme CuCl. Pour les alkylbenzènes. AlI3. L’acide de Lewis est le plus souvent AlCl3 (mais AlBr3. C + H O H C H O C O H C H C H H C O O -H H O Schéma 8. le chlorure de nickel. le biphényle est obtenu. Dans cette réaction (schéma 8. HCl peut être remplacé par HBr. 441 8. Les réactions de substitution A l’origine (1898), la réaction de formylation de Gatterman consistait à faire réagir l’acide cyanhydrique et le chlorure d’hydrogène, en présence de chlorure de zinc, dans le chloroforme ou le chlorobenzène, sur un phénol ou son éther, substitué ou non sur le cycle par des groupes alkyle, formyle, ester, nitro, ou des halogénes. La modification d’Adams qui remplace HCN + HCl par Zn(CN)2 + HCl a eu pour résultats l’acroissement des rendements en aldéhydes, supérieur à 90 %, et d’étendre la formylation aux hydrocarbures aromatiques (schéma 8.291). Une autre modification, l’utilisation du complexe AlCl3, 2HCN permet la formylation d’hydrocarbures aromatiques polynucléaires comme le phénanthrène. Bien que le mécanisme soit encore incertain, il est vraisemblable que deux voies soient possibles (schéma 8.292). La première (A) correspond d’abord à la formation d’un électrophile qui est le carbocation résultant de l’addition d’un proton sur HCN, suivie de l’attaque du benzène, ce qui conduit à une imine protonée. Le chlorure de zinc formé dans la réaction joue le rôle d’acide de Lewis. ZnCl2 + Zn(CN)2 + 2 HCl H C N H + H C 2 HCN NH Cl ZnCl2 ZnCl2 + Cl Cl ZnCl2 A) H + ZnCl2 H H H C C NH H NH NH2, Cl C ZnCl2,(HCN)2 HCl H2 O B) H + NH4Cl H C O Schéma 8.292 La seconde voie (B) conduisant à la même imine protonée pourrait être l’attaque d’un complexe ZnCl2,(HCN)2, en présence de HCl. Ces mécanismes sont les mêmes que ceux de la réaction de Hoesch ou d’HoubenHoesch (1915) où HCN est remplacé par RCN et qui conduit à des cétones aromatiques (schéma 8.293). Dans cette réaction, ZnCl2 peut être remplacé par FeCl3, NiCl2, CdCl2, CoCl2, CuCl2 ou AlCl3. Les nitriles aliphatiques α-substitués par des groupes COOR, CO R’, NH2 , OH peuvent être mis en réaction. 442 Chimie organique R R O O + R'CN R C ZnCl2, HCl R' O R' NH2 C H2O O - NH4OH R = H, alkyle Schéma 8.293 - Réaction de Reimer-Tiemann (via un dichlorocarbène) OH O CHO CHX3 + KOH puis H Schéma 8.294 La réaction de Reimer-Tiemann (1876) consiste à faire réagir un dihalogénocarbène sur un phénol pouvant être substitué par des groupes alkyle, O-alkyle ou aryle, halogèno (schéma 8.294). Le phénol est formylé en position ortho et très faiblement en position para. C’est la seule réaction de substitution électrophile aromatique qui se fasse en milieu fortement alcalin. Les rendements sont faibles. Le dihalogénocarbène, entité chimique à caractère électrophile, est formé dans l’eau, l’éthanol ou la pyridine, par action à chaud d’un hydroxyde alcalin sur un trihalogénométhane (chloroforme, bromoforme ou iodoforme) (carbènes § 6.14) (schéma 8.295). CHX3 + KOH O CX2 CX2 + KX O O CX2 H H O + 2 KOH O X2 C CHX2 H O CHX2 + H2O 2KX + O OH CH OH H2O + H C O Schéma 8.295 La présence de groupes substituants électroattracteurs rend la réaction très difficile. 443 8. Les réactions de substitution Elle peut s’appliquer à des dérivés hydroxylés d’hydrocarbures aromatiques polycycliques. Les hétérocycles non hydroxylés comme le pyrrole, l’indole, la quinoléine, le thiazole fournissent des dérivés formylés. Des réactions secondaires sont souvent concomitantes. - La réaction de Duff (1932) permet d’obtenir le même résultat à partir de phénols mais avec de meilleurs rendements. À l’origine, elle s’effectuait avec de l’urotropine et de l’acide borique dans le glycérol, suivie d’une hydrolyse acide. Le mécanisme en est assez complexe. Elle est réalisée actuellement avec l’hexaméthylènetétramine (CH2)6N4 en présence d’acide trifluoroacétique. Elle est suivie d’une hydrolyse de l’imine formée (schéma 8.296). N N N CF3COOH 4 CH=NH, CF3COO N hexaméthylènetétramine Me Me CH=NH -H puis H2O Me HC O + HC O prépondérant Schéma 8.296 Cette réaction s’applique aussi au benzène. Le réactif électrophile produit à partir de l’hexaméthylènetétramine est +CH=NH. Par cette réaction, le toluène est converti en ortho et para-tolualdéhydes. Ce dernier est prépondérant. La réaction présente une para régiosélectivité. - Réaction de Vilsmeier ou Vilsmeier-Haack (formamide N,N-disubstitué + oxychlorure de phosphore) O R O 1) (R')(R'')NCHO + POCl3 R CHO 2) H2O Schéma 8.297 La réaction de Vilsmeier ou Vilsmeier-Haack (1927) est sans doute la réaction la plus utilisée pour préparer des aldéhydes en positions ortho ou para, dérivés de composés aromatiques activés comme les éthers de phénols, amines aromatiques N,Ndisubstituées, ou hétérocycles (schéma 8.297). Le benzène ne réagit pas. Par contre, l’anthracène est formylé en position 9. 444 Chimie organique Elle consiste à faire réagir sur le substrat aromatique, dans un solvant non polaire, un formamide N,N-disubstitué (R’)(R”)N-CHO avec R’ = alkyle et R” = alkyle ou aryle, mais le plus souvent, c’est le diméthylformamide (ou DMF) anhydre, (CH3)2NCHO, qui est utilisé, et l’oxychlorure de phosphore POCl3 (ou le phosgène COCl2, le chlorure de thionyle, SOCl2, entre autres) (schéma 8.298). O R' N POCl3 C H R'' R' O N C R'' R' POCl2 Cl H Cl , O C N R'' POCl2 H (A) R R O O O H H POCl2 O R Cl Cl N C R' N C R'' O O (B) R H C N R" O O R'' R' H R'' R' -Cl H R H C H N R' Cl H C R' N O H H B BH R" H2O O R H C R' N R" B sel d'iminium (C) R H C O R' + BH + H N R" Schéma 8.298 Le N,N-dialkylformamide, le plus souvent, le diméthylformamide (DMF) ou le N-alkyl,N-phénylformamide, additionne sur son groupe carbonyle, l’oxychlorure de phosphore (ou un autre dérivé chloré indiqué ci-dessus). Le composé ainsi formé est en équilibre avec un carbocation (A) et l’ion Cl2PO2-. Le substrat aromatique, ici un éther phénolique, est attaqué par le carbocation en position ortho (ou para) pour conduire à l’intermédiaire (B) après l’élimination d’un proton aromatique. Cette réaction est suivie d’une nouvelle élimination d’un ion chlorure ce qui fournit un sel d’iminium (C) qui, par hydrolyse en présence d’acétate de sodium, libère l’aldéhyde. Ce dernier est le plus souvent extrait du milieu par un entraînement à la vapeur (hydrodistillation). 445 8. Les réactions de substitution Note : l’entraînement à la vapeur ou hydrodistillation consiste à faire passer de la vapeur d’eau dans un mélange aqueux à l'ébullition contenant un ou des composés organiques : certains forment un mélange azéotrope (§ 8.1.12d) avec l’eau, mélange dont le point d’ébullition est nettement inférieur à celui du composé entraîné, ce qui permet de l’extraire du mélange. 8.4.1h – Haloalkylation (réaction de Blanc-Quelet) + HCHO + HCl ZnCl2 CH2Cl + H2O Schéma 8.299 Le méthanal et le chlorure d’hydrogène réagissent sur le benzène et ses dérivés alkylés, alkoxylés et halogénés, en présence de chlorure de zinc comme acide de Lewis, pour former les dérivés chlorométhylés correspondants (réaction de Blanc-Quelet, 1923) (schéma 8.299). Des réactions secondaires sont possibles qui correspondent à une alkylation par le composé halométhylé, et qui conduisent, avec le benzène, au diphénylméthane, Ph2CH2. La réaction peut être étendue à d’autres aldéhydes et il est possible d’utiliser HBr et HI. Le couple « aldéhyde-halogénure d’hydrogène » peut être remplacé par des composés comme le chlorométhylméthyléther, ClCH2OMe, ou le bis(chlorométhyléther), (ClCH2)2O, parmi d’autres. Cette réaction n’est pas possible avec les phénols et les amines aromatiques : ils forment des résines. Par contre, les esters et éthers phénoliques sont chlorométhylés. Le mécanisme de cette réaction passe par la formation du cation hydroxyméthyle, très stable qui résulte de l’addition d’un proton sur le méthanal (schéma 8.300). Plus le milieu est acide, plus la formation de ce carbocation est facilitée et la vitesse de la réaction augmentée. Il semble que l’action de l’acide de Lewis corresponde à une augmentation de cette acidité. H H C O + H H C O H CH2OH H H H H H H C O -H CH2OH HCl - H2 O CH2Cl H C O H H Schéma 8.300 Il serait possible aussi et plus vraisemblable que le rôle de l’acide de Lewis soit de permettre la formation du cation hydroxyméthyle +CH2OH à partir du « chlorométhanol » ClCH2OH résultant de l’addition d’une molécule de HCl sur le méthanal. 446 Chimie organique 8.4.1i – Couplage avec les sels d’aryldiazonium (ou réaction de copulation) X + Z - XH N N Z N sel d'aryldiazonium N dérivés du diazobenzène Z = N(R1)(R2) ou O Schéma 8.301 Quand les arylamines primaires sont traitées par l’acide nitreux, un sel d’aryl diazonium est produit (schéma 8.301). Le mécanisme de formation est complexe. L’acide nitreux libéré de son sel, le nitrite de sodium, par action de l’acide chlorhydrique dilué, à une température inférieure à 5 °C, se transforme en trioxyde d’azote lequel joue le rôle de transporteur de groupe NO. Son attaque par une arylamine primaire conduit à une nirosoarylamine protonée. Par perte d’un proton, la nitosoarylamine est formée. Elle présente une tautomérie avec un aryldiazohydroxyde. Ce dernier, en présence d’acide fort, est protoné sur l’oxygène. L’élimination d’une molécule d’eau fournit le sel d’aryldiazonium stabilisé par résonance entre deux formes limites principales (schéma 8.302). Na-O-N=O + HCl HO-N=O + NaCl nitrite de sodium acide nitreux O N 2 HO-N=O O O N N O - NO2 Ar O Ar-NH2 Ar N N OH N N H2 H N O N N N N O Ar N N OH H Ar N N Cl Ar H2O trioxyde d'azote - H Ar O + O H - H 2O Ar N N , Cl H Cl Ar N N , Cl sel d'aryldiazonium Schéma 8.302 Le cation aryldiazonium présent dans le sel d’aryldiazonium est un réactif électrophile faible. Il ne peut attaquer que des systèmes aromatiques suffisamment riches en électrons. Ainsi, les arylamines et les phénates (mais pas le méthoxybenzène) sont facilement attaqués en position para en raison du volume de l’électrophile, ou ortho, si la position 447 8. Les réactions de substitution para est occupée. Toutefois, il est possible d’augmenter la réactivité de cet électrophile en substituant le cyle aromatique par des groupes électroattracteurs comme NO2. Avec le cation 2,4-dinitrophényldiazonium, le méthoxybenzène est attaqué. De même, le mésitylène, ou 2,4,6-triméthylbenzène, réagit avec le 2,4,6-trinitrophényldiazonium. Les cations aryldiazoniums n’existent qu’en solution acide ou faiblement basique. En milieu basique faible, ils sont convertis en aryldiazohydroxydes, Ar-N=N-OH, puis en milieu basique plus fort, en anions diazotates, Ar-N=N-O-. Pour chaque réaction de couplage, il existe un pH spécifique pour un rendement optimum. Les arylamines réagissent en milieu faiblement acide ou neutre. En milieu acide fort, la protonation de la fonction amine empêche une présence suffisante d’amines libres et la réaction devient difficile. Il est intéressant de remarquer que la diazotation des arylamines primaires s’effectue en milieu fortement acide afin d’éviter une réaction de couplage avec les arylamines présentes dans le milieu. Les arylamines et les phénols ne réagissent pas en milieu faiblement basique en raison de la formation de Ar-N=N-OH à partir du cation aryldiazonium. En milieu acide ou neutre, les phénols, ArOH, ne réagissent pas. Ils doivent être convertis en phénates, ArO-, plus réactifs. L’attaque de l’ion phénate pourrait a priori être orientée aussi bien sur l’oxygène que sur le carbone mais, en fait, l’attaque est toujours orientée sur les carbones du cycle en raison de la plus grande stabilité de la liaison C-N par rapport à celle de O-N. Le mécanisme de cette réaction est donné dans le schéma 8.303. O O O -H N N Ar H N N Ar N N Ar Schéma 8.303 De même, l’attaque des arylamines peut s’effectuer sur l’azote ou sur les carbones du cycle (composés N- ou C-azo). Avec les arylamines primaires, l’attaque a lieu sur l’azote en formant des triazènes Ar-NH-N=N-Ar (schéma 8.304). NH2 N N Ar NH2 N N Ar -H phényltriazène Schéma 8.304 NH N N Ar 448 Chimie organique Cette propriété des arylamines primaires a été utlisée pour préparer des benzotriazoles à partir d’ortho-diaminobenzène : le groupe amino fournit le cation aryldiazonium qui attaque de manière intramoléculaire la seconde fonction amine avec production de l’hétérocycle (schéma 8.305). NH2 + N N HNO2 N -H N N H NH2 NH2 ortho-diaminobenzène benzotriazole Schéma 8.305 Les arylamines secondaires sont attaquées de manière prépondérante sur l’azote. Les aryltriazènes (composés N-azo) isolés ont la propriété de s’isomériser en milieu acide en composés para-C-azo (schéma 8.304). Le réarrangement est intermoléculaire. Le cation aryldiazonium libéré peut attaquer une autre molécule d’arylamine. Si la réaction est effectuée en présence de phénol, ou d’une amine tertiaire, il se forme un dérivé C-azo correspondant. NH N N Ar NH2 NH2 NH2 N N Ar H -H phényltriazène N N Ar N N Ar Schéma 8.306 Les arylamines tertiaires ne sont attaquées que sur les carbones du cycle (schéma 8.307). R1 N R2 R2 R1 R2 R1 N N -H N N Ar H N N Ar Schéma 8.307 N N Ar 449 8. Les réactions de substitution 8.4.1j – Hydroxyméthylation OH OH + HCHO OH CH2OH - H2 O et base ou acide CH2OH prépondérant Schéma 8.308 En milieu acide ou basique dilué, le phénol est hydroxyméthylé en position para et faiblement en position ortho (schéma 8.308). Milieu acide H H C OH + H C O H H H H H O O O H H H H H O O O -H H H H C OH C H H H CH2OH OH Milieu basique O O O H H O O H C O H H H C H O Schéma 8.309 O H CH2OH 450 Chimie organique Lorsqu’un excès de méthanal est utilisé, une dihydroxylation a lieu conduisant à des 2,4- et 2,6-bishydroxyméthylphénols (schéma 8.309). Par contre, si le méthanal est en quantité insuffisante, il se forme le p,p’-dihydroxydiphénylméthane. OH OH OH HOH2C CH2OH CH2OH et + 2 HCHO CH2OH OH 2 HO + HCHO OH CH2 p,p'-dihydroxydiphénylméthane OH CH2 OH CH2 CH2 OH CH2 CH2 CH2 structure de la bakélite CH2 Schéma 8.310 Ces réactions sont à l’origine de la synthèse de la bakélite qui est un polymère tridimensionnel (schéma 8.310). Le phénol peut aussi réagir avec les aldéhydes aliphatiques et aromatiques dans les mêmes conditions. 8.4.1k – Aminoalkylation R1 Z Z + HCHO + HN(R1)(R2) - H2 O CH2 N R2 Z = OH, NHR, N(R)(R') Schéma 8.311 L’aminoalkylation des phénols et des arylamines secondaires et tertiaires par l’action des amines secondaires et du méthanal est une forme particulière de la réaction de Mannich (§ 10.3.1). Elle est orientée en position ortho (schémas 8.311 et 8.312). 451 8. Les réactions de substitution HO H H + N C O H R1 H R2 H C N H R1 H2O H H R2 H C N R1 H R2 R1 O H O H H R1 H H H H C R1 N C R2 H O H H O H H O C N H H R2 R1 - H 2O H R2 H C N C N H R1 N H R2 R1 R2 C N H R2 Schéma 8.312 Le furane, le pyrrole, et l’indole sont aminoalkylés par la même réaction en présence d’acide acétique. 8.4.1l – Carboxylation des phénates par l’anhydride carbonique (réaction de Kolbe-Schmitt) O O OH Na CO2 COO Na salicylate de sodium OH K CO2 COO K p-hydroxybenzoate de potassium Schéma 8.313 Lorsque le phénate de sodium ou de lithium est chauffé avec l’anhydride carbonique sous pression (4 à 7 bars) à 100 °C, il se forme l’ortho-hydroxybenzoate de sodium (salicylate de sodium). La même réaction effectuée avec le phénate de potassium conduit au para-hydroxybenzoate de potassium (schéma 8.313). Les substituants électrodonneurs facilitent la réaction, et inversement pour les substituants électroattracteurs. Le mécanisme réel est assez mal connu. Toutefois deux propositions ont été faites. 452 Chimie organique La plus simple (schéma 8.314) consiste à envisager une forme limite du phénate qui attribue la charge négative à un carbone ortho du cycle. Cette charge attaque ensuite l’anhydride carbonique. OH O O COO O C O Schéma 8.314 La seconde proposition (schéma 8.315) correspond à une substitution électrophile aromatique via un complexe entre les deux réactifs. Dans le cas des phénates de sodium et de lithium, la structure du complexe place le groupe carbonyle en face du carbone cyclique ortho. L’attaque du carbone de C=O à faible densité électronique conduit au salicylate de sodium. O Na O O OH O Na H C O O Na C C O O complexe salicylate de sodium Schéma 8.315 Le phénate de potassium ne peut pas donner lieu à un complexe de structure analogue à celui du phénate de sodium pour des raisons de différence de volumes atomiques entre Na et K, ce qui pourrait expliquer l’attaque spécifique, dans ce cas, en position para. Une modification de cette réaction due à Marasse, consiste à chauffer un mélange de phénol et de carbonate de potassium, de sodium, de rubidium ou de césium, sous haute pression à 170 °C. Les produits résultants sont uniquement carboxylés en position para. 8.4.1m – Décarboxylation des acides aromatiques COOH quinoléine CuO Schéma 8.316 + CO2 453 8. Les réactions de substitution Deux mécanismes différents expliquent la décarboxylation des acides arylcarboxyliques (schéma 8.316) selon qu’ils sont libres ou sous forme de sels. Dans le premier cas (schéma 8.317), la réaction s’effectue en présence d’un acide fort comme l’acide sulfurique et le réactif électrophile est le proton. Il se forme un ion arènium qui perd le proton de COOH puis élimine une molécule d’anhydride carbonique pour donner finalement le benzène, dans le cas de l’acide benzoïque. H O H O C O O O C H H C O -H H H - CO2 Schéma 8.317 Dans le second cas (schéma 8.318), mécanisme SE1 (§ 8.4.2) le benzoate élimine une molécule d’anhydride carbonique par chauffage. Le carbanion qui est ainsi formé est attaqué par un proton du milieu pour donner finalement le benzène. H COO H A - CO2 + A Schéma 8.318 En fait, la méthode la plus utilisée est le chauffage de l’acide libre en présence d’une base hétérocyclique, la quinoléine et d’un catalyseur, l’oxyde cuivreux ou un oxyde d’argent. Le mécanisme n’est pas connu. 8.4.1n – Réarrangement de Fries des esters phénoliques OH OH OCOR AlCl3 COR et COR R = alkyl ou aryl Schéma 8.319 Les esters phénoliques dérivés d’acides aliphatiques ou aromatiques, chauffés au dessus de 100 °C en présence d’un acide de Lewis comme AlCl3, dans le nitrobenzène ou le chlorobenzène comme solvant, voire sans solvant, se réarrangent en para ou ortho-acylphénol 454 Chimie organique (schéma 8.319), c’est le réarrangement de Fries (1908). Le rapport ortho/para est fonction des conditions de la réaction. Les températures élevées privilégient les isomères ortho, et inversement pour les isomères para. Le solvant et la quantité d’acide de Lewis jouent aussi un rôle. Le mécanisme est mal connu : il pourrait être intra ou intermoléculaire, et seule, la formation d’un complexe entre AlCl3 et l’ester en proportion 1/1 est reconnue. Deux mécanismes proposés sont donnés dans le schéma 8.320, l’un intramoléculaire, et l’autre intermoléculaire. Mécanisme intermoléculaire R Cl3Al C O O R O Cl3Al O Cl3Al C O H R OH C O -H H + H2 O COR Mécanisme intramoléculaire R Cl3Al O C O Cl3Al O R OH COR C O -H H + H2O Schéma 8.320 8.4.2 – Mécanisme SE1 Le mécanisme de substitution électrophile SE1 ou substitution électrophile monomoléculaire est peu fréquent. On peut donner comme exemple classique la décarboxylation des acides aromatiques (schéma 8.317). Lorsque le groupe Z n’est pas un groupe carboné, la présence d’une base forte est nécessaire. La première étape du mécanisme consiste en la formation d’un carbanion, qui réagit ensuite, dans une seconde étape, avec un électrophile du milieu pour donner le produit final. E Z E -Z (base forte) Schéma 8.321 455 8. Les réactions de substitution 8.5 Mécanisme de substitution radicalaire (rappel) Ces réactions ont été présentées au paragraphe 6.11.5.d. Il s’agit, en particulier, de la chloration des alcanes ou des alkylbenzènes, sous rayonnement UV, à hautes températures ou en présence d’un initiateur radicalaire comme les peroxydes ou le tétraéthylplomb. La facilité de la chloration de CH suit l’ordre : carbone tertiaire > carbone secondaire > carbone primaire > méthane. Avec le propène ou le cyclohexène, l’addition radicalaire du chlore est possible mais aussi la substitution d’un hydrogène. Il est intéressant de remarquer qu’à une température de 450 °C, seule, la substitution a lieu dans le cas du propène. Cela s’explique par le retrait d’un radical H• ce qui conduit à un radical allyle stable. L’addition de Cl• au propène à basse température fournit un radical peu stable, qui, par chauffage, est en équilibre avec le propène et le radical Cl• (schéma 8.322). H3 C H3C C H CH2 Cl 450°C C H CH2Cl ClH + H2C C H Cl CH2 H2C C H CH2 Cl Schéma 8.322 La fluoration s’effectue sans initiateur et la réaction peut être explosive. La bromation est plus lente que la chloration et nécessite un initiateur. L’iodation des alcanes a lieu très rarement. Les halogénations radicalaires peuvent être effectuées par des réactifs comme le N-bromosuccinimide, l’hypochlorite de t-butyle, ou le chlorure de sulfuryle en présence d’un initiateur radicalaire. 5b – Hypochlorites d’alkyles................................................. 475 9...........1................1b – Sur les alcynes .........1...............Chapitre 9 Les réactions d’addition sur les alcènes et alcynes Sommaire : 9.....1... 468 9............................ 476 9.............. 461 9.................5g – Hydroxycarbonylation (réaction de Koch) ....................... 472 9.................. et d’acyles (halogénures d’acides)....................1...............5 – Autres additions électrophiles ................................ en présence d’acides de Lewis .......1..1c – Sur les cétènes ........5f – Additions d’acides sur un composé carbonylé α.4 – Halogènes et acide hypohalogéneux ..1..............2 – Hydratations en milieu acide ................. 461 9......................................................................5d – Azidure d’iode..........................1.. 480 9.................................................................5c – Chlorure de nitrosyle.....β-insaturé (*)........1...... 470 9..........1............1......................5h – Oxymercuration-démercuration ....... R-O-Cl ............................... 479 9.....1a – Sur les alcènes ............... 475 9...........5a – Alcools et phénols .. NOCl ...2 Additions nucléophiles......................479 9............................ 470 9................. 482 ................................................... 478 9........................... 477 9............................ 460 9.....................................1...............................................1......... réactions de Michaël .........2a – Des alcènes ....................................................... RX..........1.. RCOX............. 477 9........................ IN3 ...... 472 9..........3 – Acides cyanhydrique et acétique sur l’acétylène ..............................2b – Des alcynes ..................................1.........5e – Halogénures d’alkyles.....1.......... 469 9.......4a – Sur les alcènes .................. 474 9.........................1...1 Additions électrophiles ........ 470 9..1.................1..................... 471 9........1 – Acides halohydriques ........1.........................1.......................................4b – Sur les alcynes ............... .... en présence d’un initiateur de radicaux libres .............. 515 (*) Note importante : les réactions d’additions sur les aldéhydes............................................ ou le peroxyde d’hydrogène H2O2 .......5... 486 9........................3 Additions radicalaires ............ et nitriles α...8 Cycloadditions [2 + 3]...........βinsaturés sont présentés au chapitre 10 (réactions de Michael...........................5 Dihydroxylation d’oléfines par le tétroxyde d’osmium...........3..... 494 9................2 – Alcanes ................3 – Amines.......... et cas particulier de l’ozone (avec l’ozonolyse) . 487 9........................................................... 505 9.................3................458 Chimie organique 9... 486 9.. OsO4.......................................... 491 9.................................................1 – Additions syn ... cétones....................1 – Bromure d’hydrogène en présence de peroxyde (effet Kharash) ........ en particulier)..........2 – Addition anti ................................ .....5.....6 Hydroboration et hydroboration-oxydation .............................. 496 9.........7 Cyclopropanation par les carbènes et addition des nitrènes .................. aldéhydes........10 Addition d’oléfines entre elles (ène-synthèse) .......... 497 9......10 Réaction de Diels-Alder (cycloaddition [4 + 2]) ........... alcools...... esters..... 493 9...........3.................. esters.....4 Hydrogénation catalytique et réduction chimique ........... KMnO4............................... 488 9............................ 491 9................ 486 9................ le permanganate de potassium.................... X2. qui fait intervenir des diènes conjugués et des alcènes substitués. H2. souvent catalysées par la présence d’un acide. nucléophiles ou radicalaires.2a).2a). celles des groupes sur les carbones sp3dans l'espace. les positions des groupes en avant et en arrière du carbone éthylènique dans le plan sp2. …) sont fixés à chacun des éléments qui constituent ces liaisons. et d'autre part. C=S. Elle peut aussi être radicalaire. .A *C R3 R2 C et R3 R4 .15.1). les cycloadditions [2+3] de dipôles 1.4. attaque au-dessus du plan "sp2" R3 R1 C H A C H R4 R2 A R1 ≠ R 2 .3 (§ 6. Il faut ajouter à ces additions électrophiles. celles des cétènes ou cyclopropanations (§ 6. Par contre. Les réactions d’addition sur les alcènes et alcynes Dans les réactions d’addition d’une molécule sur des doubles ou triples liaisons.16). les additions sur les groupes fonctionnels indiqués ci-dessus correspondent dans la majorité des cas à des attaques nucléophiles du carbone. A * C R2 R4 H carbocation A' carbocation A Formation des carbocations énantiomères les plus stables donc les plus substitués en série aliphatique note: afin de différencier d'une part. Schéma 9. Elles peuvent avoir lieu sur toutes les doubles et triples liaisons : alcènes et alcynes. une addition 1. se faisant via un état de transition cyclique (§ 9.1 Dans le cas des alcènes. C=N. l’addition est le plus souvent électrophile car elle débute par l’addition d’une espèce électrophile comme le proton (schéma 9.et C≡N.14. des nitrènes (§ 6. des signes différents ont été utilisés. et enfin les additions dites « péricycliques » comme la réaction de Diels-Alder. avec une première attaque de la double liaison par un radical libre comme Br•.9).459 9. mais aussi les groupes fonctionnels comme C=O. les deux constituants d’un réactif (HX. R3 ≠ R4 ≠ H R1 attaque au-dessous du plan "sp2" R1 H C . et le plus souvent.3). L’addition de 2 HX sur un alcyne -C≡C-conduit donc à un gemdihalogénure >CH2-CX2<.1. Il se forme d’abord un carbocation qui est ensuite attaqué par l’anion présent dans le milieu (X-. l’addition électrophile conduit à des produits d’addition-1.4 parfois majoritaires. par le proton (comme dans le cas de HX). dans le cas de HX) (schéma 9. à des produits d’addition. 1) attaque de la double liaison par le groupe électrophile ou le proton E C C E C carbocation le plus stable C (possibilité de réarrangements) 2) attaque du carbocation par l'anion du milieu E E C C A C C A Schéma 9.2). . Sur les diènes conjugués (schéma 9. s’il est peu stable. mais aussi. dans de nombreux cas. (CH3)2C=CH2. L’attaque du proton (ou de E+) est régiosélective (les alcènes dissymétriques conduisent majoritairement aux carbocations les plus stables thermodynamiquement). Ainsi.2. BrCH=CH2.1 Chimie organique Additions électrophiles Les deux électrons de l’orbitale moléculaire π qui caractérise la double liaison ont un degré de liberté plus élevé que ceux qui forment l’orbitale moléculaire σ. est plus facile qu’avec l’éthylène CH2=CH2. Dans le cas de 1-haloalcène comme le bromoéthène ou bromure de vinyle. Avant que l’attaque de l’anion s’effectue. la réaction avec le 2-méthylpropène. C’est donc la première étape de la réaction qui donne la vitesse globale de l’addition.460 9. c’est alors ce dernier qui réagira avec l’anion. la liaison π est plus facilement polarisable que la liaison σ. La formation du carbocation est facilitée par la présence de groupes à effet +I liés à l’un des deux carbones. une double liaison est un site nucléophile en raison de sa forte densité électronique (quatre électrons entre deux carbones). Cela explique une attaque facilitée pour les réactifs électrophiles E+. C’est pourquoi. car (CH3)3C+ est plus stable que CH3CH2+. car ils le stabilisent. L’addition de E+ se fait toujours sur un carbone éthylènique terminal afin que le carbocation résultant soit stabilisé par résonance. en un carbocation plus stable.2 La formation du carbocation est lente par rapport à l’attaque de l’anion. Par ailleurs. la présence du brome oriente l’addition du proton ce qui conduit à BrCH(+)-CH3 (en raison de l’effet +M de Br). le carbocation issu de l’addition du proton peut se réarranger. 4). L’attaque d’un réactif électrophile en devient plus difficile en raison de l’accès limité aux électrons π.4 Schéma 9. Les réactions des réactifs nucléophiles avec les alcynes sont plus faciles que celles avec les alcènes.1. . l’attaque de H+ par dessus ou par dessous le plan « sp2 » conduit à deux carbocations énantiomères en quantités égales (un racémique) (schéma 9. Toutefois.1a – Sur les alcènes Dans le cas d’une addition d’un acide halohydrique HX en milieu polaire sur un alcène ayant quatre groupes substituants différents.2 C + C E C H C H C addition 1.1 – Acides halohydriques 9. mais il n’en est rien. La plus classique est liée à la plus faible distance qui sépare les carbones triplement liés par rapport à celle qui sépare les carbones doublement liés.461 9. l’addition d’halogénures d’hydrogène et l’hydratation en milieu acide se font à des vitesses comparables pour les alcènes et alcynes ayant des substituants de même nature. 9. Les réactions d’addition sur les alcènes et alcynes C C H C H C E+ C C H E C H C C C H E C H C A A A C E C H C H addition 1.1.3 La triple liaison des alcynes qui correspond à un site à forte densité électronique devrait laisser prévoir une plus facile attaque des réactifs électrophiles comparée à celle des alcènes. De nombreuses raisons sont données pour expliquer cette « anomalie ». et c’est le contraire qui est observé. X *C R3 C et R3 R4 . il peut. soit en tout quatre diastéréoisomères AB et AB’. ce qui conduit pour chaque carbocation énantiomère A et A’ à deux diastéréoisomères. s’ils se forment.4 Le carbocation étant plan. de même.5). être attaqué de part et d’autre de ce plan (schéma 9. X * C R2 R4 H carbocation A' carbocation A carbocations énantiomères les plus stables Schéma 9. constituent alors un mélange de deux racémiques car AB et A’B’ forment un couple d’énantiomères ainsi que AB’ et A’B. .462 Chimie organique attaque au-dessus du plan "sp2" R1 C=C H R2 X R1 R2 H R4 R1 ≠ R 2 . R3 ≠ R4 ≠ H attaque au-dessous du plan "sp2" R1 H C X R3 . A’B et A’B’ si la nature des substituants permet la formation de deux carbones asymétriques et que des composés méso ne sont pas formés. Ces diastéréoisomères. Il se forme un couple d’énantiomères en quantités égales.6). .5 Le couple d’énantiomères AB et A’B’ est le résultat d’une addition syn (X et H occupent le même espace défini par le plan de l’alcène de départ) et le couple d’énantiomères AB’ et A’B est le résultat d’une addition anti (X et H occupent chacun un des deux espaces définis par le plan de l’alcène de départ). L’addition de HX sur un alcène est régiosélective mais pas stéréospécifique (tous les stéréoisomères d’additions syn et anti sont présents). c’est un racémique.463 9. Dans le cas du 3-méthylhept-3-ène (schéma 9. les composés finaux ne possèdent qu’un seul carbone asymétrique. Cette réaction d’addition est donc encore régiosélective et non stéréospécifique. Les réactions d’addition sur les alcènes et alcynes R1 H C * C R3 R2 R4 A H X C* R1 R2 R1 *C R4 AB * C X A'B' X X R2 R3 R4 R4 X R1 H AB' X R3 *C * C additions "anti" additions "syn" R4 1 H * C R3 R2 R R2 X X * C R3 *C A'B H R4 R1 C R3 * C R2 A' X H 4 diastéréoisomères si l'addition de HX conduit à la formation de deux carbones asymétriques (sans forme méso) Schéma 9. de forme érythro (schéma 9.l) Schéma 9. Dans le cas d’une molécule cis.7). une addition syn de HX avec attaque de H+ sur l’un ou l’autre des deux carbones éthyléniques (50 % sur chaque en raison de l’équivalence de ces carbones) conduira à un mélange en quantités égales de deux énantiomères (un racémique).7 H C Y Y Z Z . cette molécule peut être trans ou cis. addition syn isomère "cis" ou "Z" X H Y C C H C 1 Z Y Z Y C Z Y X H X Z C 2 Y Z X H X H C et Z Z Y X Y Y Z C Z Y Y Z couple d'énantiomères "érythro" mélange racémique (d.6 Si on considère une molécule d’alcène ayant une formule de type YZC=CYZ où Y et Z représentent des groupes différents de H et X.464 Chimie organique H5C2 H5C2 C3H7 C C H3C H C C3H7 H C H H H3 C X X attaque au-dessus du plan attaque au-dessous du plan X X C2 H 5 H3C C* * C4H9 C4H9 C C2H5 CH3 couple d'énantiomères en quantités égales (racémique) Schéma 9. 465 9. considérer les attaques au-dessus et au-dessous du plan « sp2 » : les attaques inversées de H et X d’un même côté du plan « sp2 » conduisent à un même stéréoisomère).8 L’addition syn sur l’isomère trans (schéma 9. Les réactions d’addition sur les alcènes et alcynes L’addition anti sur l’isomère cis conduit à un mélange racémique d’énantiomères de forme thréo (schéma 9.9) conduit à un mélange racémique d’énantiomères thréo. addition anti isomère "cis" H X Y Y Y C C C et Z C Y Z Z Z H X Y C Z Z H Y Y Y X H Z Y Z Y Z X Z C C X Y Z H X H C Y Z H H Y Z Z Y Z Z Y Y X X couple d'énantiomères "thréo" mélange racémique (dl) Schéma 9. il faut. et l’addition anti à un mélange racémique d’énantiomères de forme érythréo. . dans ce cas.8). Remarque : pour obtenir les deux énantiomères. 466 Chimie organique addition syn isomère "trans" X H Y Z C Y C Z Z C Y C Z et Y H H X Z Y Y Y Z Z X Y Y Z Y Z H X X H couple d'énantiomèresthréo (racémique) addition anti X H Y Z C Y C Z Y Y Y Y H Z Z C Z et X X H X Z C X Z Z Y H Y Y Z Z Y H ou Y Y Z Z Z XH Z Z Y Y HX couple d'énantiomères érythro (racémique) Schéma 9. uniquement aux halogénures les plus substitués dérivés d’alcènes. l’addition de HX conduit par ce mécanisme d’addition ionique. .9 En raison de la formation préférentielle du carbocation le plus stable (tertiaire > secondaire > primaire). c’est la règle de Markovnikov. quatre racémiques sont susceptibles de se former. Dans ce cas.10 C’est le même type de réaction qui permet le passage du squalène au dammaradiènol (schéma 9.5-diméthyl-octa-2. HCl nécessite un chauffage.11. Il en résulte un nouveau carbocation qui réagit de nouveau sur une troisième molécule d’alcène et ainsi de suite (voir carbocations § 6. le squalène est d’abord époxydé par une enzyme. Les réactions d’addition sur les alcènes et alcynes D’une manière générale.467 9.4c). La catalyse acide permet l’ouverture du 2.10). c’est le cas du 2. Bien que HF puisse être additionné à température ordinaire. Le carbocation B qui en résulte perd un proton d’un groupe méthyle en position α avec création d’une double liaison. par contre. .4.6-diène qui se cyclise en un dérivé du cyclohexène (schéma 9.C5H5N). -H H 1. HI s’additionne très lentement.4-tétraméthyl-cyclohexène 2. il se forme en premier lieu un carbocation qui est ensuite attaqué par une nouvelle molécule d’alcène qui joue le rôle de nucléophile. Les acides HI. les additions syn et anti de HX sur les isomères Z et E conduisent à deux racémiques. S’il n’existe pas de régiosélectivité de l’attaque du proton en raison de la nature proche des groupes substituants (effets inducteurs ou mésomères équivalents).3-époxyde avec création d’un carbocation A. HBr. et que la régioséléctivité de l’attaque du proton sur la double liaison est conservée. certains diènes sont susceptibles de se cycliser en présence d’un catalyseur acide. lorsque les quatre groupes substituants d’une double liaison sont différents. s’additionnent sur les alcènes à température ordinaire.6-diène Schéma 9. Celui-ci déclenche quatre cyclisations.5-diméthyl-octa-2.3. cette réaction parfois violente est souvent effectuée avec le réactif polyfluorure d’hydrogène-pyridine ((HF)x. Dans la polymérisation des alcènes en présence d’une trace d’acide. Enfin.11) dans la biosynthèse du cholestérol (précurseur des hormones stéroïdes). ce qui oriente la réaction.2-dibromobutane qui est alors obtenu. La présence d’ion halogénure catalyse la réaction.468 Chimie organique O enzyme 2. . dont la polymérisation industrielle fournit le polychlorure de vinyle (PVC). mais la lumière et les halogénures métalliques la catalysent. L’acétylène additionne HCl par barbotage. l’addition de H+ sur le (Z)-2-bromoprop-2-ène pourrait créer deux carbocations isomères mais l’un d’eux est stabilisé par mésomérie.12) conduit à un (Z)-bromoalcène.1. et ce dernier ne s’additionne que sous pression. dans une solution d’acide diluée. La réaction peut avoir lieu dans l’obscurité. la réaction est rarement arrêtée après l’addition d’une seule molécule de HX et le résultat est un mélange d’halogénoalcène et de dihalogénoalcane géminé. Sur un alcyne terminal comme le propyne. c’est le 2. La réactivité des halogénures d’hydrogène est dans l’ordre : HI > HBr > HCl > HF. à 65 °C. Le but-2-yne fournit par addition de HBr.1b – Sur les alcynes L’addition d’un équivalent de HX sur un alcyne interne (schéma 9. le (Z)-2-bromobut-2-ène. ClCH=CH2. en présence d’ion bromure.3-oxyde de squalène ou 2.3-époxyde de squalène O squalène enzyme H B HO -H A HO HO HO dammaradiènol cholestérol Schéma 9. Dans le cas du but-2-yne. en présence d’ions mercuriques. En effet. le résultat de l’addition est donc « anti ». pour produire le chlorure de vinyle. L’addition d’une seconde molécule de HX conduit à un dihalogénoalcane géminé selon un mécanisme régiosélectif qui suit la règle de Markovnikov.11 9. 2-dibromopropane Cl CH CH2 chlorure de vinyle Schéma 9.13 OH . H2O O C C acide Schéma 9. en milieu anhydre.2-dibromobutane H3 C X CH3 2. à partir de quatre molécules.12 Une polymérisation de l’acétylène par barbotage dans une solution de chlorure cuivreux et de chlorure d’ammonium conduit au vinylacétylène. Des polymérisations en composés cycliques sont obtenues par chauffage. ils sont transformés en acides (schéma 9. puis au divinylacétylène CH2=CH-C≡C-CH=CH2.1. H C C cétène HX O milieu anhydre solvant inerte O C C X halogénure d'acide H2O .HX H H . Les réactions d’addition sur les alcènes et alcynes X H3C C C H CH3 H3 C C C H but-2-yne X H3 C CH3 H3 C C CH3 C H3C X CH3 C X C H (Z)-2-bromobut-2-ène CH3 C C H H H X H 3C X CX2-CH2-CH3 H3 C C C C H H3 C Br HBr C H H C H3C Br propyne C C C C H acétylène ou éthyne HCl Hg2+ H H + H3C CBr2 CH3 H 2-bromopropène H C CH3 H 2. 9. En présence d’eau et d’acide minéral.1c – Sur les cétènes Les cétènes sont capables d’additionner une molécule HX pour fournir des chlorures d’acides.13). CH2=CH-C≡CH.469 9. Le benzène en est le résultat à partir de trois molécules. mais il est possible d’obtenir aussi le cyclooctatétraène. H OSO3H C H2O C H C C +H OSO3H C sulfate acide d'alkyle C H2 O H C C O H H -H H C . conduit à l’éthanal.1. l’addition d’acide sulfurique à un alcène produit un sulfate acide d’alkyle. l’ion mercurique n’est pas utile. par tautomérie. En effet. ou avec des anions en solution. c’est. le carbocation intermédiaire réagit avec ce nucléophile pour former un alcool.2a – Des alcènes Il est important de remarquer que le carbocation intermédiaire formé dans l’addition d’un acide sur les alcènes est susceptible de donner lieu à toutes les réactions classiques de cette entité chimique (§ 6.2b – Des alcynes Lorsque l’acétylène est mis à barboter dans une solution diluée d’acide sulfurique en présence de sulfate mercurique à 60 °C.14 9. l’ion mercurique Hg2+ qui est très important. Dans l’eau. Cette réaction peut être appliquée à des alcynes internes avec obtention dans ce cas de cétones. Dans cette réaction (schéma 9. Cette réaction est aussi applicable à des éthers et thioéthers acétylèniques et aux ynamines.1.14). en particulier. en fait. un énol est produit. qui.15). Dans ces cas.1.qui ne peut pas entrer en compétition avec l’eau. en présence de l’acide sulfurique.4) et.H2SO4 C O H alcool Schéma 9. C’est la base d’une hydratation des alcènes qui représente une synthèse importante des alcools (schéma 9.2 – Hydratations en milieu acide 9. car il forme d’abord un complexe avec l’acétylène. comme l’eau. il additionne une molécule d’eau pour donner l’éthanal ou acétaldéhyde. L’acide sulfurique est choisi dans cette réaction en raison du caractère nucléophile faible de l’anion HO3SO. réagir avec le milieu s’il est nucléophile. L’eau attaque ce dernier (substitution SN2) et. .470 Chimie organique 9.11. 16). H2SO4 C H H forme énolique de l'éthanal éthanal R H C R CH2 C R O Schéma 9.3 – Acides cyanhydrique et acétique sur l’acétylène L’acétylène additionne le cyanure d’hydrogène (ou acide cyanhydrique) en présence de chlorure cuivreux dans l’acide chlorhydrique dilué. et d’oxygène en présence d’un catalyseur constitué d’oxydes de molybdène. Note : la préparation industrielle de l’acrylonitrile s’effectue par chauffage d’un mélange de propène.15 9.1. H C C H CuCl. de cobalt et d’aluminium. le Buna N.16 .471 9. H2O. copolymère à usage industriel. Les réactions d’addition sur les alcènes et alcynes H O H C C Hg2+ H puis H2O H H H O H O H C C Hg H H C 2+ C H -H H C C H Hg+ Hg+ H H H H O O C équilibre céto-énolique C H H C C R Hg2+. Il en résulte le cyanure de vinyle ou acrylonitrile qui est utilisé dans la préparation d’un caoutchouc synthétique. lequel réagit avec une nouvelle molécule d’acide acétique pour donner l’éthylidène diacétate. d’ammoniac. C’est donc un mélange qui est obtenu dans la réaction avec l’acétylène (schéma 9. HCl dilué + HCN H2C CH CN acrylonitrile Hg2+ H C C H + CH3COOH CH2=CH-OCOCH3 acétate de vinyle CH2=CH-OCOCH3 + CH3COOH Hg2+ CH3-CH(OCOCH3)2 éthylidène diacétate Schéma 9. d’acrylonitrile et de butadiène. L’acétylène peut aussi additionner une molécule d’acide acétique en présence d’ions mercurique Hg2+ pour former l’acétate de vinyle. 4a – Sur les alcènes L’addition du brome sur les alcènes constitue un autre exemple d’addition électrophile. Elles définissent la vitesse de la réaction totale. avec. mais la réaction est réversible. . Dans ces réactions.4 – Halogènes et acide hypohalogéneux 9. Il se transforme ensuite. L’iode s’additionne. selon une réaction irréversible. une interaction à caractère réversible a lieu entre les deux molécules (schéma 9. pour groupe sortant. La polarisation de la molécule de brome et la formation de l’ion cyclique bromonium sont les étapes les plus lentes de la bromation.présent dans le milieu ne peut pas s’effectuer du côté du brome cyclique en raison de la gêne stérique causée par son important volume atomique. L’attaque de cette entité cyclique positive par l’ion bromure Br. la molécule de brome subit l’action des électrons π (effet de champ) et un dipole induit en résulte : les deux atomes de brome portent chacun une charge partielle. L’addition des autres halogènes est plus difficile ou complexe. En s’approchant de la double liaison. XeF 2. Le chlore se conduit le plus souvent comme le brome mais la stéréochimie de son addition est plus complexe.attaque donc du côté opposé au brome de l’ion bromonium (c’est une réaction de substitution de type S N2. une addition stéréosélective. on remplace souvent le fluor par le florure de xénon. un carbocation acyclique qui résulte de l’ouverture du cycle est alors formé ce qui permet à la fois les additions syn et anti. Le fluor a une réaction violente avec les alcènes qui peut conduire à la coupure de la liaison entre carbones ou la destruction d’autres fonctions de la molécule. l’acide acétique ou le méthanol.2) : le résultat en est la formation d’un dérivé α-dibromé selon une addition anti de brome pour l’alcène. Losqu’une molécule de brome est additionnée à un alcène dans le tétrachlorure de carbone. C’est donc dans la majorité des cas. dans le cas général.1.472 Chimie organique 9. La fluoration de quelques alcènes est effectuée à basse température (–78 °C) par du fluor dilué dans de l’azote ou de l’argon dans un solvant inerte. Toutefois. l’atome de brome de l’ion cyclique § 8. en un ion cyclique bromonium. il est possible qu’il existe une addition syn : le rapport syn / anti est fonction de la stabilité relative de l’ion cyclique bromonium. L’ion bromure Br. S’il est peu stable. de signes opposés. Une interaction avec les électrons π conduit à un complexe S.1.1.17). HO-. la seconde partie de l’addition fait intervenir ce nucléophile à la place de l’ion halogénure. L’action du brome sur l’éthylène en présence d’ions chlorures produit à la fois le composé de l’addition normale de Br2. l) Schéma 9.17 Si la réaction d’un halogène (Cl2. sur l’ion cyclique bromonium.en forte concentration (supérieure à celle de X-). le 1-bromo-2-chloroéthane (schéma 9. .2-dibromoéthane. X+). le 1. à la place de Br-.18 (A)). et divers produits peuvent être préparés. Br2 ou I2) avec un alcène est réalisée en présence d’un nucléophile comme l’eau (ce qui est l’équivalent d’un acide hypohalogéneux. et un composé qui résulte de l’attaque de Cl-. ou des anions minéraux comme l’ion nitrate NO3. Les réactions d’addition sur les alcènes et alcynes Br Br -δ Br Br Br +δ R1 R1 R3 π C C C R4 R2 Br R3 π C R4 R2 C R1 C R3 R4 R2 et l'inverse et l'inverse par rapport au plan "sp2" et l'inverse par rapport au plan "sp2" Ion cyclique bromonium Complexe π Br Br C R1 R2 C C R4 Br C R1 R3 2 1 R3 R2 R4 Br R1 R2 Br 2 1 R2 R1 C Br Br R3 Br C C R3 R4 R1 R4 C C Br R2 R3 C Br R4 addition anti couple d'énantiomères racémique (d.473 9. celui-ci est plus difficile à former.19 9. A) H2C CH2 Br2 + Cl H3 C C B) BrH2C BrH2C CH2 C Br H3C H 3C H3C CH2Cl H3 C Br H 3C Br2 CH2 et CH2Br C CH2Br Br Nu H2O Cl -H H3C H3C C CH2Br Cl H3C H3 C C CH2Br HO bromhydrine Schéma 9. en raison de la plus faible distance séparant les carbones triplement liés comparée à celle des carbones doublement liés. ou le bromure d’iode. Dans le cas de BrCl. C’est l’atome d’halogène le moins électronégatif qui débute la réaction pour former l’ion cyclique halonium. le chlorure d’iode ICl. celui qui.474 Chimie organique L’ouverture du cycle halonium (ou halogénium) est régiosélective comme le montre la réaction du 2-méthylpropène en présence de brome dans l’eau (B) qui conduit à une bromhydrine. en cas d’ouverture de celui-ci. Relativement aux alcènes.4b – Sur les alcynes L’addition du brome (ou du chlore) sur un alcyne suit un mécanisme semblable à celui des alcènes avec la formation d’ion ponté bromonium (schéma 9.20).19). BrCl. IBr. Elle résulte de l’ouverture de l’ion bromonium par attaque d’une molécule d’eau sur le carbone le plus substitué du cycle. ce qui entraîne une plus grande rétention des électrons π. +δ H3C C CH2 Br H3C -δ Br H3C Cl H3C CH2 C H3 C H3C CH2Br Cl Cl Schéma 9. fournirait le carbocation le plus stable. . c’est l’atome de brome qui forme cet ion et le chlore intervient comme anion (schéma 9. permettent des additions sur les alcènes.1.18 Des composés comme le chlorure de brome. est plus fortement tendu comparé à celui dérivé des alcènes.20 La structure électronique de l’ion ponté bromonium dérivé des alcynes est différente de celle dérivée des alcènes car le cycle. L’iodation de l’acétylène s’effectue dans l’éthanol et s’arrête après une seule addition de I2 ((E)-1. Pour les alcynes simples. A). Cl2CHCOOH. Dans le premier cas.1. Les réactions d’addition sur les alcènes et alcynes ion ponté bromonium C C Br Br2 C Br C C C Br alcyne Br Br Br2 Br C Br C Br addition "anti" Schéma 9. Ils sont donc très difficile à former. L’addition s’effectue le plus souvent dans l’acide acétique. comme le cyclobutadiène. dans le cas des alcynes. le (E)-dibromoalcène vicinal peut additionner une nouvelle molécule de brome pour former un tétrabromoalcane. L’addition est stéréospécifique « anti » ce qui correspond au résultat observé aussi pour les alcènes. La structure électronique de cet ion ponté bromonium fait aussi apparaître une délocalisation de quatre électrons. Ces réactions sont dues à l’acidité des hydrogènes portés par l’acétylène. lequel élimine une molécule d’eau pour conduire au dichloroacétaldéhyde. Il se forme d’abord un carbocation qui réagit avec le nucléophile du milieu. et deux électrons π : les systèmes cycliques qui ont 4n électrons délocalisés. Le dichloro-acétylène Cl-C≡C-Cl résulte de l’action d’une solution d’hypochlorite de sodium sur l’acétylène. en présence d’ions Br(fournis par LiBr).1. sont très instables et dits antiaromatiques (§ 5. Cl2CHCH(OH)2.6. deux apportés par Br+. 9.21. L’addition du chlore à l’acétylène peut conduire à une explosion. donc une structure plus instable et plus difficile à créer.5a – Alcools et phénols L’addition d’alcools ou de phénols sur les alcènes s’effectue en milieu acide ou basique. à l’obscurité.2-diiodoéthylène).475 9. il s’agit d’une addition électrophile (schéma 9. Certains catalyseurs métalliques permettent de l’éviter. L’acétylène additionne successivement deux équivalents d’acide hypochloreux pour former le composé instable. C’est une raison supplémentaire à la difficulté de cette addition.5 – Autres additions électrophiles 9. Cl2CHCHO. Il s’oxyde très facilement en acide dichloroacétique. l’alcool ou le . Note : l’addition d’iode à l’acétylène dans l’ammoniac liquide ne donne pas lieu à une addition mais à une substitution des hydrogènes ce qui conduit au diiodoacétylène I-C≡C-I. ce qui suppose une énergie interne plus élevée.10). . 9.21 Avec les alcynes (C). en présence d’alcool. R-O-Cl Les hypochlorites d’alkyles s’additionnent sur les alcènes en produisant des β-chloro éthers (addition anti et règle de Markovnikov respectées le plus souvent). R A) C C O R-O-H H H C C H carbocation tertiaire C Y1 C C R -O H C éther C Y1 H C Y2 Y2 C + BH Y1 R-O C O R -H éther protoné R-O-H + B B) H C Y2 OR C OR H Y1 et Y2 = groupes électroattracteurs C) C C ROH HO RO H C C ROH RO RO C HO éther d'énol acétal H C H H2 O H . L’addition suit la règle de Markovnikov. La réaction est facilitée si le carbocation intermédiaire est très stable (tertiaire). par une seconde réaction.2 ROH H O C C H cétone Schéma 9. La perte du proton libère l’éther. avec le groupe OR sur le carbone le plus substitué. la réaction s’effectue en milieu basique et conduit d’abord à des éthers d’énols qui. il se forme un anion alcoolate qui s’additionne selon un mécanisme semblable à celui de la réaction de Michaël (§ 9. Il faut que le composé éthylénique soit substitué par des groupes électroattracteurs. est transformé en un nouveau β-chloro éther portant le groupe alkyle de l’alcool à la place du groupe t-butyle (schéma 9. fournissent des acétals dont l’hydrolyse produit des aldéhydes ou des cétones selon la nature des substituant. Dans le second cas. Les alcools primaires sont plus réactifs que les alcools secondaires et tertiaires.5b – Hypochlorites d’alkyles.1.22). Les phénols donnent des réactions semblables.2). sous l’action d’une base forte (B).476 Chimie organique phénol pour former un éther protoné. L’utilisation d’hypobromite (ou d’hypochlorite ou d’hypoiodite) de t-butyle permet d’obtenir un β-chloro éther qui. R1 H C R2 C H IN3 I R1 C R2 H R1 R2 C H N3 ion ponté iodonium Schéma 9. L’addition de NOCl est anti et suit la règle de Markovnikov. celui-ci joue le rôle d’oxydant et un composé β-chloro nitré est alors obtenu. NOCl L’addition du chlorure de nitrosyle. NOCl sur une oléfine conduit d’abord à un composé β-chloro nitrosé.1.23 9.5d – Azidure d’iode. la présence d’un hydrogène comme substituant de l’oléfine permet une tautomérie avec une α-chloro oxime laquelle est prépondérante à 25 °C (schéma 9.24).24 I C C N3 H H β-iodo azide . IN3 L’addition de IN3 s’effectue via un ion cyclique iodonium.477 9.5c – Chlorure de nitrosyle. Par ailleurs. Les réactions d’addition sur les alcènes et alcynes C O-CMe3 Me3C-O-Cl C C hypochlorite de t-butyle C Cl β−chloroéther ROH (.Me3C-OH) O-R C C Cl Schéma 9. Si un excès de NOCl est présent.23). elle est donc stéréospécifique et anti (schéma 9.1.22 9. N=O C NOCl C C NO2 NOCl excès C C C Cl Cl composé β−chloro nitro composé β−chloro nitroso N N=O C NOCl C C C C C Cl H Cl H OH α-chloro oxime Schéma 9. A). et que l’oléfine porte un hydrogène. en présence d’acides de Lewis. . l’acétylène réagit avec le bromométhyl éthyl éther Et-O-CH2Br. Si la température est trop élevée. et de chlore.25 Les alcynes additionnent les halogénures d’alkyles et les chlorures d’acides. RCOX. pour conduire respectivement à des halogénures d’alkyles et des β-halogéno cétones (schéma 9. Ainsi. en présence d’anhydride d’acide et d’un acide de Lewis. une réaction de substitution électrophile est alors possible (B). le chlorure de zinc. AlX4 RX + AlX3 R1 C H R1 H C R2 H C H C R2 H R AlX4 R1 C R2 . 9. en présence d’acides de Lewis Les halogénures d’alkyles et les halogénures d’acyles sont additionnés aux alcènes en présence d’acides de Lewis. et avec le chlorure d’acétyle. en produisant CH3COCH=CHCl.1. et d’acyles (halogénures d’acides). à basse température.5e – Halogénures d’alkyles.β-insaturée (C) par une substitution électrophile.4. se comportent partiellement comme l’azidure d’iode car les mécanismes impliqués peuvent alors être aussi radicalaires.AlX3 R X H C H R .478 Chimie organique Les autres azidures. Note : l’alcène. AlX4 B) Substitution électrophile R1 H C C R2 C) H2C H CH2 R1 R RX AlX3 T> 0°C (CH3CO)2O C R2 C H CH2=CH-CO-CH3 + CH3-COOH ZnCl2 Schéma 9. de brome. RX. dans les mêmes conditions. en présence de AlCl3 pour former Et-O-CH2CH=CHBr. par un même mécanisme. A) Addition électrophile R1 C R1 H RX H AlX3 C R1 R C R2 C X T< 0°C H R . C’est la réaction de Friedel et Crafts (§ 8.1d) appliquée à des composés aliphatiques insaturés.25. forme une cétone α. 27 acide CH3 .β−insaturé C OH Br H C Br C C O C CH C OH Br H énol cétone β−bromée Schéma 9. HOOC C CH2 H + CO + H2O C CH3 100-350°C haute pression C CH2 alcène H C C C O C CH3 oxyde de carbone H H O H CH3 O O C O C -H cation acylium Schéma 9. qui. car le résultat de l’addition-1. en milieu acide (H2SO4).26 9.26). en présence de l’eau. L’oxyde de carbone peut être remplacé par l’acide formique.1.27).1.4. L’attaque de l’oxyde de carbone fournit un cation acylium.479 9. ce qui correspond à une addition-1. Il se forme d’abord un carbocation (le plus stable). mais elle est très rare. conduit à un acide organique selon la réaction de Koch ou Koch-Haaf (1958).5g – Hydroxycarbonylation (réaction de Koch) L’action de l’oxyde de carbone et de l’eau sur un alcène à haute pression. Les alcools en milieu acide peuvent aussi s’additionner en 1. le résultat est identique à une addition-1.5f – Additions d’acides sur un composé carbonylé D. C C C C O CH C H O C CH composé carbonylé α.4 est thermodynamiquement plus favorable. L’anion attaque ensuite le carbocation. La possibilité d’addition sur la seule fonction C=O existe. conduit à l’acide avec libération d’un proton (schéma 9.2. en raison de la tautomérie céto-énolique (schéma 9. entre 5 et 40 °C. Les réactions d’addition sur les alcènes et alcynes 9.4.E-insaturé Lorsqu’un acide est additionné à un dérivé cétonique α. Toutefois. le carbocation qui se forme résulte de l’attaque du proton sur le groupe cétonique en raison de la mésomérie qui affecte une charge négative à l’oxygène.β-insaturé. 5h – Oxymercuration-démercuration La synthèse d’alcools à partir d’alcènes comprend un nombre important de réactions. Il se forme un ion ponté mercuronium (2) qui rappelle par sa structure l’ion ponté halonium. ce qui évite des transpositions avec les composés secondaires inhérents. RNH2 R = H ou alkyl Schéma 9.29) fait intervenir l’acétate mercurique. L’addition est syn. il est ouvert et un acétate hydroxyalkylmercurique se forme (3). dans le tétrahydrofurane comme solvant. Le mécanisme de cette addition est le suivant. ROH. Ni(CO)4.1. 50 atm).28 9. Dans le cas des alcynes. schéma 9.480 Chimie organique L’hydroxycarbonylation peut être réalisée avec du nickel-carbonyle. C’est une réaction d’addition électrophile sur les alcènes dans laquelle il ne se forme pas de carbocation. . Sous l’attaque nucléophile SN2 de l’eau. Elle s’applique à la fois aux alcènes et alcynes. un acide insaturé et un diacide peuvent être obtenus.28 : ∆ Ni(CO)4 C C Ni(CO)3 C NiCO)3 + CO H C H C C Ni(CO)3 Ni (CO)3 H C NuH C H C C O Nu C O C Ni(CO) 2 NuH = H2O. dans des conditions plus douces (150 °C. L’oxymercuration-démercuration en est une. La réaction d’oxymercuration (schéma 9. (1) en présence d’eau. Hg(OCOCH3)2. Les réactions d’addition sur les alcènes et alcynes Oxymercuration H3C-OC-O H3C-OC-O Hg Hg 1) H3C-OC-O + O-CO-CH3 acétate mercurique H3C-OC-O Hg H3C-OC-O Hg R1 R3 C 2) C R2 C R1 H C R2 H R3 ion ponté mercuronium H3C-OC-O Hg C 3) R1 C R2 H O H -H R3 SN2 R1 R2 Hg-O-CO-CH3 C C R3 H HO acétate hydroxyalkylmercurique H attaque régiospécifique du côté opposé à Hg Schéma 9.31).30).29 La démercuration consiste à traiter l’acétate hydroxyalkylmercurique par le borohydrure de sodium en présence de soude (schéma 9. Le reste du mécanisme est le même que pour la réaction avec l’eau.30 Dans ces conditions. H2O C C C R3 (réduction par ion hydrure) HO H HO H C R3 H + CH3COONa + Hg alcool (addition anti) Schéma 9. la réduction conduit à un alcool. Elle est régiosélective car l’eau attaque le carbone le plus substitué de l’alcène de départ. elle permet de préparer des éthers (schéma 9. C’est une addition anti en raison de l’orientation de l’attaque de l’eau sur l’ion ponté et qui est aussi le plus souvent stéréospécifique. Lorsque la réaction d’oxymercuratio-démercuration est effectuée dans un alcool. Le réactif nucléophile qui attaque l’ion mercuronium est alors l’alcool. NaOH. .481 9. Démercuration R2 R2 Hg-O-CO-CH3 R1 R1 NaBH4. ce qui correspond à une addition selon la règle de Markovnikov. la seconde est une réaction avec une entité positive du milieu. -SO2R.33. la diminution de la densité électronique du carbone éthylénique non substitué par ces groupes favorise l’attaque d’un réactif nucléophile. NaOH. .M effet -I C C O C Schéma 9. mais avec inversion des charges. avec formation d’un carbanion stabilisé par résonance dans le cas d’une présence de groupes à effet -M.32) substitue(ent) l’un des deux carbones d’une double liaison. ROH R2 2) NaBH4. R3 = groupes alkyles ou aryles Schéma 9. amides… correspondants.31 9. Dans le cas d’un groupe Y cétonique. +δ C Y C −δ C C O Y C effet . Par contre. mais il s’applique aussi aux esters. c’est une réaction semblable à celle de l’addition des électrophiles.2 Additions nucléophiles. le mécanisme est présenté dans le schéma 9. Dans une certaine mesure. réactions de Michaël Lorsqu’un ou plusieurs groupes Y à effet électroattracteur -M ou -I (schéma 9. ou le fluor exercent aussi un effet électroattracteur qui permet ce type de réaction. nitriles. l’attaque d’un réactif électrophile devient difficile.482 Chimie organique R1 R3 C C H R2 R1 1) Hg(OCOCH3)2.32 L’addition du réactif nucléophile correspond à deux étapes : la première est l’attaque du nucléophile sur le carbone à faible densité électronique. on peut citer selon l’ordre de facilité de l’attaque du nucléophile : -CHO > -COR > -CO2R > -CN > -NO2 Certains groupes dérivés du soufre comme -SOR. Parmi les groupes à effet -M les plus fréquents. H2O C H C R3 H RO R1. R2. les réactions d’addition de tous les réactifs nucléophiles sur les alcènes définis ci-dessus ont aussi souvent cette appellation.34) : . pipéridine. ou mieux. est présentée ci-dessous (schéma 9. malonates. malononitriles.33 La formation de l’énol avant l’établissement de l’équilibre céto-énolique est vraisemblable. qui correspond à une cyanoéthylation du malonate d’éthyle. COOR R' COOR CN CH R' CH R' CN CN COOR malononitriles malonates CH R" β-cétoesters H cyanacétates R' R' R'-CO-CH(R")-COOR R CH CH NO2 nitroalcanes R" CHO aldéhydes R' et R" = H.483 9.1). car la forme limite prépondérante de l’ion énolate est celle où la charge négative est située sur l’oxygène. potasse…) à des composés tels que.Nu Nu Nu C C C O H C C H C O cétone énol équilibre céto-énolique Schéma 9. cette réaction d’addition est appelée réaction de Michaël (1887).1 Par extension. Elles sont très importantes en synthèse. alkyl. La réaction d’addition du carbanion dérivé du malonate d’éthyle sur l’acrylonitrile. Lorsque le réactif nucléophile est un carbanion. ou aryl Figure 9. cyanoacétates. les acrylates et leurs dérivés substitués par des groupes alkyles sont les plus utilisés dans ces réactions. dans la mesure où l’oxygène a une électronégativité supérieure à celle du carbone. Les réactions d’addition sur les alcènes et alcynes Nu Nu Nu C C C C O C C C O C C O ion énolate NuH . acylacétate. L’acrylonitrile. amines aliphatiques tertiaires. aralkyl. réactions de type Michaël. et en particulier l’un de ceux formés par addition d’un équivalent de base (alcoolates. nitroalcanes… (Figure 9. RO-CH2CH2-CN ROH H2 C CH acrylonitrile CN Ph-OH PhO-CH2-CH2-CN H2NR RSH RNH-CH2-CH2-CN R-S-CH2-CH2-CN Schéma 9. le phénol. RNH2. ou les thiols. Cela explique aussi la facile dégradation des composés cyanoéthylés par chauffage en milieu basique. des amines primaires. Lorsque la température augmente la réaction s’inverse avec libération des composés de départ. il existe des exceptions. Elles résultent alors d’une gêne à la libre rotation du carbanion intermédiaire ou à une différence de vitesse entre la rotation de ce carbanion et celle de l’attaque du groupe chargé positivement. et secondaires. (R)( R’)NH.484 Chimie organique Et-O EtOOC EtOOC EtOOC CH2 EtOOC + CH Et-O-H malonate d'éthyle EtOOC EtOOC CH + EtOOC H2 C CH CN EtOOC acrylonitrile CH H2C CH H2C EtOOC C H CH H2C CN + Et-O-H CN H EtOOC EtOOC C H EtOOC C CN + Et-O H (2-cyanoéthyl)-malonate d'éthyle Schéma 9. RSH (schéma 9. par exemple dans le cas d’alcènes cycliques pour lesquels des additions syn ou anti ont été observées. Les produits de la cyanoéthylation sont formés à des températures peu élevées.35 Toutes les réactions de Michaël et de type Michaël sont équilibrées. Toutefois. La formation du carbanion intermédiaire en est la raison. Ces additions ne sont pas stéréospécifiques. ROH.34 La cyanoéthylation peut aussi s’effectuer sur des alcools. . PhOH.35). 37).38 + -CH=CH-C-O-H CN prépondérant addition 1.C-CH2-CH=O CN addition 1. Na Ph-CH-CH2-CH2-Ph styrène solvant protique Ph-CH-CH2-CH2-Ph Ph-CH2-CH2-CH2-Ph 1. La réaction est facilitée par la haute stabilité du carbanion intermédiaire résonnant résultant de l’addition. Le carbanion benzyle est obtenu par action du sodium sur le toluène (schéma 9. Les réactions d’addition sur les alcènes et alcynes Un cas particulier de ces réactions est celle du styrène qui additionne un groupe benzyle pour former le 1. Na CH2COOK. Elle a lieu avec les alcènes activés de type Michaël. Na + NH3 CH2-CH2-CH2-COOK.2 (sur le groupe carbonyle) est favorisée par rapport à l’addition 1.2 .CH=CH-CH=O HCN base .4 Schéma 9.38).4 (schéma 9.36).3-diphénylpropane Schéma 9.37 L’addition d’acide cyanhydrique (préparé par chauffage de cyanhydrine d’acétone. Si la double liaison porte un substituant CHO ou COR. Elle nécessite la présence d’une base (formation de l’anion cyanure). l’addition 1. conduisant ainsi à une alkylation de l’acide acétique en acide butanoïque (schéma 9.3-diphénylpropane.36 Le carbanion qui résulte de l’action de l’amidure de sodium sur l’acétate de potassium peut s’additionner sur l’éthylène. Ph-CH3 Na Ph-CH2 . il ne s’agit pas d’une réaction d’addition de Michaël. (CH3)2C(OH)CN). sur une double liaison n’est pas une réaction d’addition électrophile mais nucléophile. Na + CH2=CH2 H CH3-CH2-CH2-COOH acide butanoïque Schéma 9. dans ce cas. Na toluène + PhCH=CH2 Ph-CH2 . CH3COOK acétate de potassium NaNH2 amidure de sodium CH2COOK.485 9. Évidemment. . . l’isopentane est prépondérant (55 %). CH3-CH2-CH3 + CH2=CH2 CH3-CH-CH3 + CH3CH2 (réaction de symproportionation inverse de disproportionation) CH3CH-CH3 + CH2=CH2 (CH3)2CH-CH2-CH2 (CH3)2CH-CH2-CH2 + CH3-CH2-CH3 (CH3)2CH-CH2-CH3 + CH3-CH-CH3 . Il débute par une réaction inverse à la disproportionation (ou dismutation) appelée symproportionation (schéma 9.39). Dans le cas du mélange propane et éthylène. une réaction rétro-Michaël est possible avec le même mécanisme mais inversé.486 Chimie organique Les réactions de Michaël étant équilibrées. sous de très fortes pressions. C CH2 HBr. Ces réactions présentent un intérêt industriel bien que leurs résultats soient des mélanges de plusieurs alcanes. selon les conditions expérimentales.12.. addition de HBr en présence de peroxyde (effet Kharash et addition antiMarkovnikov) : le bromure d’alkyle formé est le moins substitué (schéma 9.3.39 9.1 – Bromure d’hydrogène en présence de peroxyde Ce type d’additions a été présenté au paragraphe 6.3 Additions radicalaires 9. Schéma 9. les hexanes et heptanes l’accompagnent ainsi que divers alcènes.3.2 – Alcanes Les alcanes s’additionnent aux alcènes à très haute température.5d : halogénations sous UV.. 9.. peroxyde effet Kharash ou anti-Markownikov CH CH2 Br le bromure le moins substitué Schéma 9.40). Le mécanisme le plus vraisemblable est radicalaire...40 .. L’alcène mis en réaction ne doit pas avoir de substituants électroattracteurs.42 Certains composés à hydrogénes acides Z-CH2-Z’ où Z et Z’ sont des groupes électroattracteurs -I. c’est la liaison entre l’un de ces hydrogènes et le carbone qui est rompue. . esters. Les réactions d’addition sur les alcènes et alcynes 9.487 9.41 : H C initiateur C C O -H R R C C O C C O R H C R C C C O R R C O C C H C + O O R Schéma 9. le mécanisme est le suivant.41 Un mécanisme semblable a lieu avec les formiates HCOOR et les formamides HCON(R1)(R2). schéma 9. R C C + CH-Y R-CH2-Y initiateur radicalaire C C H Z Z C C + H2C CH Z' initiateur radicalaire Z' C C H Schéma 9. Dans le cas d’un aldéhyde. aldéhydes. par exemple. alcools. en présence d’un initiateur de radicaux libres Ces réactions s’effectuent le plus souvent en présence de peroxydes. les malonates. Lorsque les alcools.3. Dans ce cas.3 – Amines. donnent aussi lieu à une telle réaction.42). amines ou halogénures d’alkyles sont mis en réaction c’est la liaison entre l’hydrogène porté par le carbone lié au groupe fonctionnel et ce dernier qui est rompue (schéma 9. CH2(COOR)2. le rhodium. en phase hétérogène. le palladium déposé sur du carbone (Pd-C). La présence de groupes fonctionnels soufrés inhibe la réaction en raison de la forte affinité du soufre pour ces catalyseurs. L’alcène et l’hydrogène sont d’abord adsorbés sur la surface du catalyseur. le platine ou son oxyde (catalyseur d’Adams.488 9. Les hydrogénations s’effectuent entre 0 °C et 250 °C et à des pressions variables selon les composés traités.4 Chimie organique Hydrogénation catalytique et réduction chimique Les alcènes peuvent être réduits en alcanes correspondants par deux méthodes : en phases hétérogènes et en phases homogènes (voir aussi § 13.3). COR. R2 C H H R1 R1 R4 C R2 R4 C H R3 H C R3 surface du catalyseur interactions fortes interactions faibles R1 R2 H C C H Schéma 9. COR. Bien que l’étude approfondie du mécanisme de cette hydrogénation soit très complexe. ce dernier étant retenu à celle-ci par des forces dites de Van der Waals. certains points sont considérés comme vraisemblables (schéma 9. le catalyseur est sous forme de poudre extrêmement fine afin d’augmenter la surface de contact avec les réactifs. le ruthénium. COOH. lequel est réduit en platine colloïdal par l’hydrogène). tandis qu’une éponge absorbe l’eau en la retenant à l’intérieur de ses espaces vides. et l’oxyde de zinc. Dans tous les cas. (un solide et un liquide) consiste en une hydrogénation catalytique qui fait intervenir des métaux ou des composés métalliques parmi lesquels on peut citer le nickel de Raney (préparé par action de la soude sur l’alliage de Raney Ni-Al). l’éthanol ou l’acide acétique contenant en solution le composé à hydrogéner.43 R4 R3 . Attention : ne pas confondre adsorber et absorber. Des groupes fonctionnels carbonylés CHO. (comme le nickel de Raney). le groupe hydroxyle OH ou amino NH2 ne sont pas une gêne à l’hydrogénation des doubles liaisons éthyléniques si les conditions expérimentales sont adéquates. La réduction. dans des solvants comme le méthanol. Dans certains cas.43). il est préférable de stocker ces catalyseurs sous un liquide (l’eau ou un alcool) afin d’éviter leur oxydation par l’air qui peut provoquer une inflammation. un composé est adsorbé sur la surface d’un solide. H Me Me C Me Me C C C Me Me H2 C C catalyseur de Lindlar Me Me C H C Me Me Me Me Schéma 9. C≡N. Elles rendent les liaisons entre atomes retenus plus faibles. L’hydrogénation en alcène utilise le catalyseur de Lindlar (palladium déposé sur du carbonate de calcium partiellement empoisonné par du diacétate de plomb pour le rendre moins actif). Ce type d’hydrogénation a un caractère réversible. Les alcynes sont réduits en alcanes correspondants par les catalyseurs utilisés pour les alcènes. un racémique en est le résultat stéréochimique. parmi d’autres. La réaction est exothermique. bien que thermodynamiquement l’isomère trans soit plus stable (schéma 9. CN. Les échanges d’hydrogènes se font sur une même surface de catalyseur ce qui implique une addition syn. NO2… sont susceptibles de réduire les alcènes et alcynes.44). l’action du lithium sur les amines aliphatiques. Une nouvelle molécule d’alcène vient alors prendre position sur les sites actifs libérés. Réduction chimique : hors l’hydrogénation catalytique. Si un ou deux carbones asymétriques sont créés dans la molécule à l’origine. Certaines réactions d’isomérisation et d’échange d’hydrogènes sont associées à ce mécanisme. Généralement. C’est le cas du catalyseur de Wilkinson qui est le chlorotris(triphénylphosphine)rhodium RhCl(PH3P)3 : avec ce catalyseur. Il se forme alors un radical qui reste retenu au catalyseur par le second carbone de l’alcène de départ.réduit spécifiquement les doubles et triples liaisons conjuguées à un groupe carbonyle ou à un cycle aromatique. Le même phénomène se renouvelle avec un second atome d’hydrogène présent sur la surface catalytique ce qui conduit à l’alcane de la réaction qui est très peu adsorbé sur le catalyseur par rapport aux molécules d’alcènes. et plus particulièrement pour la molécule d’hydrogène. les groupes NO2. achirale. COR et COOR ne sont pas réduits. Cela permet à chaque atome d’hydrogène d’avoir une certaine liberté et lui permet de s’associer à un atome de carbone de l’alcène. il faut noter que de nombreux réactifs utilisés pour la réduction de liaisons multiples fonctionnelles (C=O. C’est le cas.44 La réduction en phase homogène peut être réalisée avec des catalyseurs solubles dans le milieu. L’addition est encore syn et conduit de manière unique ou prépondérante à l’alcène cis. Le pentacyanocobaltate(II) Co(CN)52. Les réactions d’addition sur les alcènes et alcynes Ces adsorptions ont lieu sur des « sites actifs » liés à l’hétérogénéité de la surface du catalyseur. les isomères cis sont plus rapidement hydrogénés que les isomères trans. Elle présente une meilleure sélectivité que la catalyse hétérogène mais les catalyseurs sont plus difficiles à éliminer après réaction. l’hydra- . pour le zinc en présence d’acide.489 9. L’addition catalytique d’hydrogène est syn et stéréospécifique. 46). C’est le cas du cyclohexène qui est susceptible de transférer quatre atomes d’hydrogène à deux molécules d’alcène. en présence de palladium. Pt H2 chromite de cuivre Schéma 9.45. Cr2O3) ou du chromite de cuivre et de barium (CuO. il s’agit d’une réaction de transfert d’hydrogène du diimide vers l’alcène comme le montre le schéma 9.47).490 Chimie organique zine en présence d’un oxydant doux comme l’oxygène. Cr2O3) (schéma 9.46 La réduction du benzène en phase hétérogène est réalisée avec le nickel de Raney ou le platine. le peroxyde d’hydrogène ou certains oxydes métalliques comme l’oxyde de cuivre CuO.H2O H diimide hydrazine N N H H N N H C C R H N + H H H C R' N H + N N H C C H H R C H H R' R R' Schéma 9. H H N H N H O . H2.45 Dans le cas du diimide HN=NH fourni par oxydation ménagée de l’hydrazine NH2NH2. La réduction unique de chaînes latérales insaturées s’effectue avec du chromite de cuivre (2 CuO. D’autres composés sont susceptibles de transférer leurs hydrogènes à un alcène. Pd + 2 + 2 H H Schéma 9. BaO. par chauffage (schéma 9.47 . OsO4. Dans les deux cas. permettent d’effectuer des dihydroxylations syn d’oléfines. le permanganate de potassium. en milieu alcalin. H2S. Elles conduisent à des glycols ou 1.491 9. Un nouvel apport de proton par l’alcool fournit le composé final.1 – Additions syn Le tétroxyde d’osmium OsO4 (composé toxique et coûteux). le mécanisme de la dihydroxylation syn est le suivant.5 Dihydroxylation d’oléfines par le tétroxyde d’osmium. La réduction du benzène (voir aussi § 13. Le même processus se répète une seconde fois avec le métal. sodium ou potassium). Ce composé peut être remplacé dans ces réactions par d’autres oxydants comme le ferricyanure de potassium. de l’ammoniac liquide de haute pureté.2-diols. schéma 9.5) en cyclohexa-1. Il est décomposé par le hydrogénosulfite de sodium dans l’éthanol ou par l’acide sulfhydrique. Fe(CN)6K3. l’ester osmique peut être isolé. On peut distinguer les additions syn et anti. H2O2. mais c’est un carbanion qui est formé. 9. MnO4K. Dans le cas de Os(VIII)O4. ou le peroxyde d’hydrogène H2O2 De nombreuses méthodes de dihydroxylation des oléfines existent. Na H H H Et-O-H Na NH3 H e H Na H H e H H H H Et-O-H Na NH3 .4-diène (schéma 9. le peroxyde d’hydrogène.49 : .5. et un alcool (éthanol. 9.Et-O H H .48 Le métal transfère un électron au benzène via l’ammoniac liquide pour créer un radical-anion qui est transformé en un simple radical par l’apport d’un proton fourni par l’alcool (l’ammoniac n’est pas assez acide pour apporter ce proton). et le permanganate de potassium. Les réactions d’addition sur les alcènes et alcynes Le benzène n’est pas réduit par l’hydrogène naissant résultant de l’action d’acides sur des métaux ou de l’action du sodium sur les alcools. KMnO4.48) est le résultat de la réaction de Birch (1944) qui fait intervenir un métal alcalin (lithium. En présence de quantité catalytique d’OsO4. Avec OsO4.4-diène Schéma 9. il se forme des esters cycliques par réaction d’un côté ou de l’autre du plan éthylènique. isopropanol ou t-butanol).Et-O H Na Na cyclohexa-1. conduit aussi à une addition syn. ou glycol et l'inverse .MnO2 O OH C R1 R3 C R2 R4 R3 et l'inverse α-diol. le mécanisme débute par la formation d’un ester cyclique.50 Dans les deux cas. .492 Chimie organique O R1 C R3 Os(VIII)O4 C R2 O Os(VI) O O R4 C R1 SO3HNa C R2 addition syn R4 R3 EtOH R1 OH OH C C R2 R4 R3 et l'inverse et l'inverse ester osmique α-diol.H2O O C R1 C R2 R4 R3 et l'inverse oxirane Schéma 9.2-diol. C’est une réaction stéréosélective et stéréospécifique. Il en est de même pour le permanganate de potassium en milieu alcalin et l’acide chromique dilué à 25 °C (schéma 9. ou glycol Schéma 9. un seul racémique est obtenu. qui est décomposé par la solution alcaline par deux réactions successives en 1. addition syn K R1 R3 C R2 O Mn O MnO4K C MnO3H O R4 O C R1 KOH H 2O C R4 R2 R1 R3 O O C C R2 et l'inverse et l'inverse K O O OH O Cr O acide C chromique R 1 dilué R2 O H2O C R4 R3 R4 H2O .50).49 Si un ou deux carbones asymétriques sont créés. Le glycol est parfois accompagné d’oxirane par déshydratation du diol. 493 9.51 H . 9.5. Les réactions d’addition sur les alcènes et alcynes Par contre.2-diol addition anti Schéma 9. le diol est oxydé en acides par coupure de la liaison carbone-carbone. à chaud. permettent le passage des alcènes aux oxiranes (ou époxydes) correspondants (schéma 9. H eau O oxygènée ou peroxyde d'hydrogène H O R1 R3 C C R2 R4 . plus particulièrement l’acide m-chloroperbenzoïque (MCPBA). La réaction est appelée époxydation des alcènes (réaction de Prileschaiev ou Priléjaev.2 – Addition anti Le peroxyde d’hydrogène et les acides peroxybenzoïques. 1909).H 2O O Ar C acide peroxybenzoïque O O R1 H R2 époxyde ou oxirane R3 R4 -ArCOOH O R1 H R3 C C R2 H R4 O R1 R1 R2 OH C SN 2 C H2O R4 R3 R4 R2 O H R3 -H R2 R1 OH C (et son inverse optique) C HO R4 R3 1. ou en milieu neutre ou acide.51). Complexes du borane Et Et Me O O BH3 BH3 Me S N P BH3 BH3 BH3 Figure 9. D’autres bases comme le diméthylsulfure. lesquels sont des bases de Lewis. BH3.2-diols correspondants. . soit directement avec le complexe. est le plus souvent employé sous forme de complexes résultant d’une réaction acido-basique au sens de Lewis avec des éthers acycliques comme le diéthyléther ou cycliques comme le tétrahydrofurane (THF). La réaction se termine lorsqu’un trialkylborane est obtenu. ce qui peut nécessiter dans certains cas un chauffage.2). un acide de Lewis. Il s’agit d’une dihydroxylation anti. Le peroxyde d’hydrogène en présence d’argent fournit aussi un époxyde. Il se forme d’abord un alkylborane qui réagit aussitôt sur une nouvelle molécule d’alcène ce qui conduit à un dialkylborane. sur l’un des carbones cycliques. à côté de nombreuses autres molécules (figure 9. qui existe sous forme de dimère.6 Hydroboration et hydroboration-oxydation Le borane. Me2S. les amines tertiaires ou les phosphines sont aussi utilisées. comme dans le cas des complexes avec des amines tertiaires. 9. L’attaque de l’époxyde protoné s’effectue selon un mécanisme SN2. du côté opposé à l’oxygène. B2H6.2 La réaction d’hydroboration avec l’alcène s’effectue.494 Chimie organique L’hydrolyse en milieu acide de ces composés cycliques conduit aux 1. soit par libération du borane de son complexe in situ par addition de borohydrure de sodium. Le trialkylborane est oxydé par une solution aqueuse de peroxyde d’hydrogène. L’orbitale vide du bore est toujours présente dans le monoalkylborane donc une seconde réaction puis une troisième réaction sont possibles ce qui correspond au transfert des trois hydrogènes de BH3. L’intérêt principal de l’hydroboration des alcènes est dans l’utilisation des produits d’addition pour la préparation d’alcools. contrairement à d’autres additions. Comme le mécanisme le montre. souvent celui qui porte le maximum d’hydrogènes si les autres substituants sont des groupes alkyles ou aryles. le bore se lie au carbone le moins encombré. réalisée par oxydation. Pour des raisons d’encombrement stérique. l’addition est syn.495 9.52 Le mécanisme réactionnel (schéma 9. Les réactions d’addition sur les alcènes et alcynes 2 C=C C + C BH3 C C H2B C B H 3 alkylborane trialkylborane addition syn orbitales "p" C H C C C C C C C C H 2B H2B H H H H B H B complexe π borane-alcène Me Et BH3 C Me H H3C H C H état de transition H orbitale vide Et H alkylborane Me H H Me C 2 CH3 BH2 BH2 sur le carbone le moins encombré C CH3 Et Me C C H Me H B 3 trialkylborane Schéma 9. pauvre en électrons (acide de Lewis). Cette régiosélectivité de l’addition dépend surtout de l’encombrement relatif des deux carbones éthyléniques et très peu des caractères électroniques des substituants de l’alcène. .52) débute par la formation d’un complexe entre l’alcène riche en électrons (base de Lewis) et le borane. Un des hydrogènes est ensuite transféré à l’un des carbones via un état de transition à quatre centres. tandis que le bore est lié à l’autre carbone. avec rétention de configuration du groupe alkyle.14.2a et 6. stéréospécifique.2a). Rappel : (schémas 6.15. Ce résultat provient de l’attaque nucléophile de l’ion hydrogénoperoxyde HOO. En présence de soude.116) . C’est donc une réaction régiosélective.HO R RO B H R O O R R + 3 NaOH H 2O O R R R trialkylborane anion hydrogénoperoxyde RO + H 3O H-O-O H-O-O-H + H2O O RO RO O R . en entraînant son doublet de liaison ce qui permet ensuite le retrait d’un ion hydroxyde.HO O B RO borate de trialkyle BO3Na3 + 3 R-OH RO borate de trialkyle borate de sodium Schéma 9.100 et 6. L’alcool obtenu résulte de ce qui correspond à une addition d’eau sur l’alcène de départ régiosélective anti-Markovnikov. vers l’oxygène lié au bore. une addition anti-Markovnikov. syn.496 Chimie organique R R R H B O O R R H O B O R . contrairement aux résultats enregistrés pour les additions d’eau en milieu acide. Le même processus se reproduit encore deux fois : le produit obtenu est un borate de trialkyle. Le composé ainsi formé subit une transposition.HO B transposition avec rétention de configuration H R O B O B .53). trois molécules d’alcools sont libérées à côté de borate de sodium (schéma 9.53 L’ensemble de ces réactions correspond à l’hydroboration-oxydation : elle est similaire dans son résultat à une addition d’eau sur la double liaison mais le groupe OH est dans ce cas lié au carbone de l’alcène de départ le moins encombré. 9. site électrophile de la molécule.du peroxyde d’hydrogène sur l’atome de bore.7 Cyclopropanation par les carbènes et addition des nitrènes Les additions des carbènes et des nitrènes sur les oléfines sont présentées au chapitre 6 (§ 6. et cas particulier de l’ozone (avec l’ozonolyse) De nombreux hétérocycles pentagonaux. un alcène (et parfois .497 9. l’azote. donc constitués d’atomes de carbones et d’autres éléments comme l’oxygène. sont préparés par des réactions dites de cycloaddition [2 + 3] qui font intervenir d’une part. Les réactions d’addition sur les alcènes et alcynes méthylène singulet H2 C CH2 R1 R3 1) C C R2 R1 R2 R4 C 2) R1 R2 R3 C C R2 R3 R4 et son inverse par attaque au-dessous du plan sp2 1 racémique R4 R5 C R5 R1 C R5 R4 R4 C C R2 R1 R4 C + C C R3 R4 C R4 R3 R1 R2 C R2 R1 + C C C C R4 R3 R4 R4 R3 C R4 R5 R5 2 racémiques Note: tous les groupes R sont considérés comme différents entre eux (Schéma 6.100) R O O R C N NH2 Pb(OAc)4 R C H2C R C O N CH CN N N N R C O R O H2C O C CN H 2-cyano-N-diacylamino-aziridine N N N + R C N N C R' C C C C N 1-azirine 2-azirine (Schéma 6.8 Cycloadditions [2 + 3]. le soufre.116) 9. azido.498 Chimie organique d’autres doubles liaisons) ou un alcyne (ou un nitrile). X et Z. sur un alcène. des composés ou entités chimiques mésomères le plus souvent instables. les dihydrotriazoles sont souvent synthétisés par action d’un azide d’alkyle ou azidoalcane.3 (schéma 9.3.3 Y X hétérocycle Y Z X Z alcène R-N N R-N N N N azidoalcane N R-N N N C R N N C C C dihydrotriazole N R-N N C N R N N C C C triazole N H-N N R C N H N N C N R nitrile N tétrazole Schéma 9. La même réaction effectuée avec un alcyne conduit aux triazoles. et dont les deux atomes terminaux. À titre d’exemple. Il existe essentiellement 2 types de dipoles 1. appelé dipolarophile. réagit avec un nitrile pour former un tétrazole. L’acide azothydrique. et d’autre part. libérées in situ et appelées dipoles-1. HN3. dipole-1. résonne entre deux formes limites dont l’une affecte deux charges de signes contraires aux deux atomes d’azotes terminaux.54). RN3. les doublets d’électrons sont représentés exceptionnellement par des tirets. . Cela permet une attaque de type électrophile de ce groupe sur l’alcène et déclenche le mécanisme de cycloaddition [2 + 3]. Le groupe N3.54 Note : par simplification des schémas. Ces dipôles sont constitués de trois atomes principaux X-Y-Z liés entre eux. sont susceptibles de porter des charges de signes contraires dans une des formes limites entre lesquelles ils résonnent. HCl N N N C N C O N C S C imine de nitrile HO N C Cl base . Y. – si X. Z est neutre.56). et dans une autre forme limite. l’atome Z chargé positivement (sextet d’électrons) forme une double liaison avec l’atome central Y neutre.3 qui sont instables comme les oxydes.56 N N C N N . C H C N Cl base .55 : X Y X Z Y Z Schéma 9.CO2 S N C N sulfure de nitrile N N N N N C N azide ou azoture O N diazoalcane N N O oxyde nitreux Schéma 9. et Z appartiennent aux 3 premières périodes du tableau de Mendéléiev. et d’autres dipoles-1. imines ou ylures de nitriles souvent formés in situ par déshydrohalogénation en milieu basique d’un dérivé halogéné adéquat ou par chauffage d’un composé hétérocyclique (schéma 9.HCl C C N C C N ylure de nitrile HN N C Cl base . d’oxygène ou d’azote.3 assez stables comme les diazoalcanes. Z.HCl O N C oxyde de nitrile N S O O N ∆ . un atome de carbone. Les réactions d’addition sur les alcènes et alcynes Les dipoles-1.55 – dans une forme limite du dipole. Y ne peut être qu’un atome d’azote. un atome de carbone ou d’azote et X. les azides ou l’oxyde nitreux. Il existe des dipoles-1.3 de type 1 ont les caractéristiques suivantes. mais forme alors une triple liaison avec l’atome central Y chargé positivement .499 9. schéma 9. Y. azoxy.500 Chimie organique Les dipoles-1.3 de type 2 ont les caractéristiques suivantes (schéma 9. Quelques dipoles-1. Z devient neutre et la charge est portée par Y . les nitrones et l’ozone. – si X. et Z appartiennent aux 3 premières périodes du tableau de Mendéléiev. Dans ce dernier cas. X et Z peuvent être des atomes d’oxygène. de thiocarbonyles et les azimines sont préparés in situ (schéma 9.58).3 sont stables comme les composés nitrés. Par contre les ylures de carbonyles. l’atome chargé positivement Z forme avec l’atome central Y une simple ou double liaison.57 – dans les formes limites de ce dipôle.57) : X Y X Z Y Z Schéma 9. d’azote ou de carbone. Y ne peut être qu’un atome d’azote ou d’oxygène. . 501 9. Les réactions d’addition sur les alcènes et alcynes X R CH N X N H R R base .HX C C N base .58 N O N O .HX C N N ylure d'azométhine R R N C C R N C N C N C imine d'azométhine à partir d'hétérocycles C O C C O C C S C N N N O O C N O C ylure de carbonyle C à partir d'hétérocycles S C ylure de thiocarbonyle à partir d'hétérocycles N N N C azimine carbène O=O O O C oxyde de carbonyle N O C carbonyle imine O O O N O O N O N groupe nitro O N O N N N C N C O N O nitrone groupe azoxy O O O N O N nitroso oxyde O O O O O O O O O O O ozone N O N N O N nitroso imine Schéma 9. (R = alkyl). vinyl cétones. styrène. acrylates. Benzyne Figure 9. Ph-CH=CH-NO2. dicyanoacétylène.3 . RO2C-C≡C-CO2R (R = Me ou Et). EtCO2-CH=CH-CO2Et (Z et E). acrylonitrile. 1-nitro-2-phényléthylène. les hétérocumulènes. R-CO-C≡C-CO-R’ (R = Me.3).4). Dérivés d’alcènes : CH2=CH-CN. alcynes terminaux. noms donnés à des composés formés de deux doubles liaisons successives faisant intervenir des hétéroéléments. l’anhydride maléique et le maléimide. R’ = aryl ou hétéroaryl).502 Chimie organique Les dipolarophiles sont nombreux (figure 9. Ph-CH=CH-Ph. alcynes internes. CH2=C(Me)-COOR. HC≡C-CO2R (R = Me ou Et). R-C≡CH (R = aryl ou hétéroaryl). CH2=CH-Ph. acétylène dicarboxylate. maléates ou fumarates d’éthyle. Et. propiolates. un benzène dont une double liaison a été remplacée par une triple liaison (composé instable). La plupart sont des alcènes ou alcynes acycliques activés par des groupes électroattracteurs -M. 1.3. et des fonctions comme les nitriles. NC-CH=CH-CN (E). NC-C≡C-CN. Il faut y ajouter le benzyne (§ 8. CH2=CH-CO-R (R = alkyl ou aryl). O O NH O O anhydride maléique O maléimide Dérivés d’alcynes : R-C≡C-R’ (R et R’ = aryl ou hétéroaryl).2-dicyanoéthylène. les imines ou les azodicarboxylates. composés cycliques. trans-stilbène. CH2=CH-COOR (R = alkyl). 59 O C C O ozonide O O . Les réactions d’addition sur les alcènes et alcynes Il faut y ajouter. thioisocyanates. Ce composé se réarrange pour fournir l’ozonide dans lequel la liaison entre atomes de carbones est rompue.Cas particulier de la cycloaddition de l’ozone. isocyanates. imines. Fonctions simples : R-C≡N. O O O O O O O O O O ozone O O O O O O O O O C C C C C C molozonide O C O O + O O C C O O C O O diperoxyde cyclique réaction secondaire Schéma 9. R-N=C=S (R = alkyl ou aryl). nitrile.503 9. et ozonolyse L’addition de l’ozone sur un alcène est une cycloaddition [2 + 3] qui conduit à un molozonide. pour généraliser la réaction.52).3 intermédiaire (schéma 9. R-C(R)=N-R’ (R et R’ = alkyl ou aryl). R-CO-N=C=O.4) : Hétérocumulènes (plusieurs insaturations consécutives faisant intervenir des hétéroéléments et un carbone) : R-N=C=O. N-acylisocyanates. R-CO-N=C=S (R = aryl ou CCl3). et bien qu’ils ne soient ni des alcènes ni des alcynes. N-acylisothiocyanates. . azodicarboxylate d’éthyle. Il peut aussi se former un diperoxyde comme composé secondaire qui provient d’une dimérisation d’un dipôle-1. Et-COO-N=N-COOEt. les composés suivants (figure 9. l’aldéhyde. Un carbone éthylènique disubstitué par des groupes alkyles conduira à une cétone (non oxydable par le peroxyde d’hydrogène présent dans le milieu réactionnel). En présence d’eau. le résultat de cette oxydation pour ce carbone.60 Afin d’éviter cette oxydation de l’aldéhyde formé au début de la réaction. sera donc oxydé en acide correspondant comme dans l’exemple du schéma 9. Les aldéhydes étant très facilement oxydables en acides. eau et oxygène (dès son apparition dans le milieu). C’est donc un acide qui sera. ils sont ouverts pour former des cétones ou des aldéhydes selon les substituants des carbones « sp 2 » de l’alcène traité. dans les conditions normales. Les ozonides sont très sensibles à l’hydrolyse. dans ce cas et dans les conditions indiquées. L’oxygène moléculaire remplace alors le peroxyde d’hydrogène : c’est un très mauvais . on peut ajouter au mélange réactionnel. de la poudre de zinc qui permet la décomposition du peroxyde d’hydrogène en ses éléments.60. et le milieu réactionnel étant très oxydant en raison de la présence de peroxyde d’hydrogène. Un carbone éthylènique monosubstitué par un groupe alkyle conduira à un aldéhyde. à peine formé.504 Chimie organique La réaction a lieu dans le chloroforme ou le tétrachlorure de carbone comme solvant. 1) Alcènes CH3 H3C C C H3C O H3C O3 C H3C milieu anhydre H O C O CH3 2 H2O H3 C H H3C ozonide CH3 C O + O C H cétone (acétone) aldéhyde (acétaldéhyde) + H2O2 Sans poudre de zinc: H3C C O CH3-COOH + H 2O 2 H + H 2O acide (acide acétique) En présence de poudre de zinc: Zn H2O2 H2O + 1/2 O2 CH3 O + H2O2 C Zn O H CH3 + H2O + 1/2 O2 C H non oxydé en acide acétique 2) Alcynes R1 C C O R2 R1 C C O O R2 H 2O ozonide d'alcyne R1 C O C R2 + H2O2 O R1-COOH + R2-COOH Schéma 9. Elle s’effectue. il faut rendre les réactants plus réactifs. l’aldéhyde n’est pas oxydé. La plus simple de toutes ces réactions est la cycloaddition de l’éthylène ou éthène (diènophile) avec le buta-1.4-diène).10 Réaction de Diels-Alder (cycloaddition [4 + 2]) La réaction de Diels-Alder (1928) est une cycloaddition [4 + 2] qui conduit à la formation d’un composé cyclique appelé cycloadduit. 200°C + buta-1. par chauffage. ou hétérocyclique comme le furane qui possède un caractère diènique important bien qu’il soit un composé aromatique. La figure 9.3-diène diène éthène ou éthylène cyclohexène diènophile cycloadduit Schéma 9. C’est donc. 9.61 Pour que cette cycloaddition soit rendue plus facile.3-diène.3-diène (schéma 9. C’est donc l’aldéhyde qui est finalement le résultat de cette réaction dans les conditions indiquées.3-diène ou le cyclopenta-1. un ényne ( C=C-C≡C) ou un diyne (C≡C-C≡C).60) mais elle est beaucoup plus lente qu’avec les alcènes. entre un composé diènique (qui intervient par 4 électrons π) qui peut être un simple diène conjugué (1. L’ozonide résultant réagit avec l’eau en formant une α-dicétone qui est oxydée en deux acides par le peroxyde d’hydrogène présent dans le milieu. La réaction s’effectue en phase gazeuse à 200 °C et fournit le cyclohexène (cycloadduit) mais avec de faibles rendements. dans ce cas. ou même des composés aromatiques comme l’anthracène (le benzène ne réagit pas et le naphtalène réagit très difficilement).3-diène ou le trans. le diène utilisé doit être riche en électrons ce qui suppose la présence de substituants à effet électrodonneur +I comme les groupes alkyles et plus particulièrement méthyles (le 2. et dans ces conditions. .3-diméthylbuta-1. une réaction difficile. Des composés dièniques cycliques sont aussi utilisés comme le cyclohexa-1. un composé polyènique conjugué. Les réactions d’addition sur les alcènes et alcynes oxydant.61). schéma 9. à sec ou dans un solvant non polaire comme le benzène. et un composé éthylènique ou acétylènique appelé diènophile (qui intervient par 2 électrons π). sans catalyseur. Pour cela.4 rassemble quelques diènes utilisés dans ces réactions. L’ozonolyse est possible avec les alcynes (2.505 9.3).trans-hexa-2. 4 Inversement. COOR. ou le benzyne formé in situ). CN.3-diène 1-vinyl-cyclohexène anthracène furane bicyclohexyl-1.4-diène O cyclohexa-1.506 Chimie organique Diènes classiques buta-1. CH2Cl. seuls 2 électrons π parmi les 4 présents dans la triple liaison interviennent dans cette réaction (par exemple. Certains alcynes peuvent servir de diènophiles : dans ce cas. le propiolate de méthyle.5.2-diméthylènecyclohexane cyclopenta-1. car substitués par des groupes électroattracteurs -I (CF3. sont ceux dont les carbones éthylèniques ont de faibles densités électroniques. les meilleurs diènophiles. COCl. cas particulier où le diènophile est aussi un diène).3-diméthylbuta-1. CO-R (R = alkyl ou aryl). COOH.trans-hexa-2. CH2COOH) et surtout -M (CHO.3-diène trans. ou une double liaison. CH2CN.1'-diène Figure 9.3-diène 2. CH2OH.3-diène 1. Quelques uns d’entre eux parmi les plus employés sont présentés dans la figure 9. . dans l’état singulet réagit sous rayonnement ultraviolet avec les diènes pour former des peroxydes cycliques. peuvent être aussi des diènophiles.507 9. >C=O. et avec des substituants de type électroattracteur -M. . R-N=O. les composés azo.2-dicyanoéthylène COOMe H O COOMe H O H H H propènal ou acroléine tétracyanoéthylène COOMe H H H O propènoate de méthyle ou acrylate de méthyle COOMe anhydride maléique COOEt N N H acétylène (faible diènophile) H propiolate de méthyle COOMe butynedioate de méthyle ou acétylènedicarboxylate de méthyle COOEt azodicarboxylate d'éthyle O O quinone benzyne préparé in situ Figure 9. >C=N-. l’oxygène. Les réactions d’addition sur les alcènes et alcynes Quelques diènophiles classiques (PhSO est retiré sous forme de PhSOH par action de Na/Hg après formation de l'adduit) peu actif remplacé par SO2Ph éthylène phényl vinyl sulfone H CN H COOMe H CN H COOMe H trans-but-2-ènedioate de méthyle ou fumarate de méthyle ou maléate de méthyle NC CN NC CN H CHO H MeOOC cis-but-2-ènedioate de méthyle cis-1. dans certaines conditions. O=O. Il résulte de ces cycloadditions des cycloadduits hétérocycliques. nitroso. R-C≡N.5 Certaines fonctions présentant une double ou triple liaison comme les nitriles. ou cétoniques. Enfin. R-N=N-R’. les imines. 63).4 du diène se recouvrent lors de la réaction de cycloaddition pour former simultanément deux liaisons σ dans le cycloadduit. L’état de transition peut être représenté par des flèches montrant le mouvement électronique impliqué. Les deux nouvelles liaisons σ sont créées simultanément. les orbitales « p » des carbones du buta-1.508 Chimie organique La réaction de Diels-Alder est une réaction concertée. . Tout se passe donc du même côté du plan « sp2 » du diènophile. Les orbitales « p » du diènophile et des carbones 1. Le résultat est similaire pour les diènophiles « trans » (schéma 9.3-diène et de l’acrylonitrile sont représentées. La formation de nouvelles liaisons avec création d’un cycle se fait en une seule étape. Un diènophile « cis » conduit à un cycloadduit « cis ». Ce mécanisme explique le caractère stéréospécifique de ces cycloadditions.62 Dans le schéma 9.62. CN CN CN + liaison π liaison σ CN CN liaison σ diène liaison σ cycloadduit diènophile Schéma 9. La stéréochimie du diènophile est conservée. Cela peut avoir lieu sur l’un ou l’autre côté de ce plan. 4-diphénylbutadiène et. La stéréochimie du diène est conservée dans le cycloadduit. et dans le second cas.4-diphénylbutadiène (schéma 9. d’une part.63 Si le cis-1.2-dicyano-cyclohex-4-ène cis-1. en position trans ce qui montre que la réaction de cycloaddition est stéréospécifique et l’addition syn.2-dicyanoéthylène A C B + D A B C D Schéma 9. dans le premier cas.2-dicyanoéthylène H CN CN CN CN H H + ou H CN NC composés identiques trans-1. avec le cis-trans-1. les groupes phényles sur le cyclohexène dans le cycloadduit sont. en position cis.509 9. d’autre part.64).2-dicyano-cyclohex-4-ène trans-1. le trans-trans-1. Les réactions d’addition sur les alcènes et alcynes CN + CN CN H H CN CN H ou CN H composés identiques cis-1.2-dicyanoéthylène réagit avec. . en dehors) soit aussi présent (schéma 9. . et que l’éthylènique est dissymétrique.2-dicyano-3.2-dicyano-3. comme le cyclopentadiène.510 Chimie organique Ph H Ph CN CN H H CN + H H CN H Ph Ph cis-cis-1. Dans la majorité des cas c’est le composé « endo » (du grec. deux types de composés peuvent être formés : si le groupe le plus volumineux du diènophile se trouve sous le diène.65). l’addition est « exo ».6-diphényl-cyclohexane Ph H H CN CN Ph H CN + H H CN H Ph Ph cis-trans-1. en dedans) qui est obtenu. mais il est possible dans certains cas que le composé « exo » (du grec.6-diphényl-cyclohexane + H H R R R R + R H H H H H R H R R Schéma 9. l’addition est « endo ». dans le cas contraire.64 Lorsque le diène est un composé cyclique. Cette prédominance du composé « endo » dans ces cycloadditions est désignée sous l’appellation de règle « endo ». il y a interaction entre une orbitale « p » d’une double liaison du diène avec l’une des orbitales « p » du carbone de la fonction nitrile (schéma 9.511 9.66). Dans la réaction entre cyclopentadiène et acrylonitrile.65 La prédominance du composé « endo » serait le résultat de l’interaction entre les orbitales « p » du diène et celles des groupes substituant le diènophile dans la mesure où ils portent des doubles ou triples liaisons ce qui permet une formation plus rapide de ce composé (cinétiquement favorisé) comparée à celle du composé « exo ».66 . Les réactions d’addition sur les alcènes et alcynes cycloaddition "exo" H H H H CN H CN CN H H groupes "exo" (en dehors) H NC cycloaddition "endo" prédominante H H H H H CN H H NC CN groupes "endo" (en dedans) CN H Schéma 9. H H H H H H N H H H C CN H Schéma 9. H H H H H H O O O O H O O cycladduit "endo" H Schéma 9.68). un acide de Lewis.67). conduit à un cycloadduit acide chiral (schéma 9. les deux produits qui en résultent sont des cycloadduits « endo » énantiomères si un carbone asymétrique est créé (schéma 9.512 Chimie organique L’addition de l’anhydride maléique au cyclopentadiène fournit encore un cycloadduit « endo » pour des raisons semblables. le tétrachlorure de titane. certaines méthodes ont été utilisées. copule chirale. Le retrait par hydrolyse du groupe (-) ou (+)-phénylmenthyle.67 La cycloaddition pouvant s’effectuer de part et d’autre du plan éthylènique du diènophile. . On obtient donc un racémique. La présence du groupe chiral sur l’acrylate influe sur l’orientation de la réaction ce qui permet de favoriser la formation de l’un des deux énantiomères possibles. Pour que la réaction devienne énantiosélective. La plus classique concerne l’addition d’un acrylate de (-) ou (+)-phénylmenthyle chiral sur le cyclopentadiène en présence d’un catalyseur. 68 Lorsqu’une réaction de Diels-Alder est effectuée avec un diène et un diènophile dissymétriques.R* OH) COOH * * H H COOH Schéma 9. Pour des raisons d’interactions d’orbitales entre doubles liaisons et groupes substituants. régiosélectives.513 9. plusieurs composés (sans compter les stéréoisomères) peuvent être obtenus (schéma 9. H+ (. . Avec le nitroéthylène (Y = NO2). Les composés ortho et para sont prédominants par rapport aux composés méta. on remarque une régiosélectivité.69). Les réactions d’addition sur les alcènes et alcynes TiCl4 H * O H C O COO R* COO R* R* H H * H TiCl4 H2O. Le retrait du groupe nitro dans le cycloadduit est utilisé pour obtenir des réactions de cycloadditions de ce type. il n’y a pas de composé méta. SO2 ∆ .69 La plupart des réactions de cycloadditions sont réversibles. La réaction inverse est appelée simplement réaction de rétro Diels-Alder ou dégradation rétro-diènique.514 Chimie organique R R R Y Y ou + et Y Y ortho méta R R Y + R et ou Y Y Y para méta composés prédominants Schéma 9. Elle s’effectue par chauffage de l’adduit mais peut conduire.70). Schéma 9. par chauffage (schéma 9.70 Toutefois. à des diènes ou diènophiles différents de ceux à l’origine de l’adduit. le butadiène (gaz) est obtenu de manière plus pratique par chauffage de 3-sulfolène (un solide) (schéma 9. C’est aussi le cas de la réaction de Diels-Alder. dans certains cas.71). le plus souvent.71 .SO2 Schéma 9. Le cyclohexène qui peut être obtenu par cycloaddition de butadiène et d’éthylène (mais ce n’est pas sa meilleure méthode de préparation) est utilisé comme générateur de butadiène au laboratoire. 74).72 On appelle réactions homo Diels-Alder. des réactions très spécifiques qui font intervenir un diène non conjugué et un diènophile (schéma 9. Le cyclopentadiène réagit sur lui-même pour former le dicyclopentadiène.73 9.72).73).74 H . Y Y ROOC N N COOR ROOC COOR N N Schéma 9. Par contre. le mécanisme pourrait être décrit par plusieurs étapes. libère le cyclopentadiène (schéma 9. Le mécanisme est concerté (schéma 9.515 9. + dicyclopentadiène Schéma 9.10 Addition d’oléfines entre elles (ène-synthèse) Les oléfines qui ont un hydrogène sur le substituant en α de la double liaison sont susceptibles de s’additionner sans catalyseur à un composé de type diènophile (double ou triple liaison activée) utilisé dans les réactions de Diels-Alder (qui peut être appelé dans ce cas un ènophile). un composé tricyclique stable à température ordinaire (c’est ainsi qu’il est stocké) et qui. Y R H Y R R' R' Y= groupe électroattracteur -I ou -M Schéma 9. lorsqu’un acide de Lewis est utilisé pour activer la réaction. Les réactions d’addition sur les alcènes et alcynes On appelle réactions auto Diels-Alder les réactions de cycloaddition [2 + 4] qui s’effectuent entre composés dièniques de même nature. par chauffage. . ......................2................................ 544 10....3....................2 – Hydratation ..............2.1 – L’ammoniac et les amines .............2) .......................... 10................................... imine.Chapitre 10 Les réactions d’addition sur les groupes carbonyle............2......................1c – Avec les esters .............3.... 523 10..... 519 10...... dans le THF ........................1a – Hydrogénation catalytique ............2.........2. 538 10.............. 10.........................3 – Alcools et thiols .................1a – Avec les aldéhydes et cétones ................. 527 10............................................................................... 523 524 525 526 526 10.....................1b – Hydrures métalliques (LiAlH4 et NaBH4) (voir aussi § 13.................................................. 550 10......................................................................... 10...... 10............1d – Le sodium dans l’éthanol (méthode ancienne de Bouveault et Blanc) .4 – Bisulfites alcalins ...........1b – Réaction de Mannich ....................... 523 10...1 Généralités .. 544 10...................1d – Avec les nitriles ..........................3.................7) ......3 Additions sur des molécules de formule générale R-NH2 ..6 – Pentachlorure de phosphore ..2.................5 – Acide cyanhydrique ........................3.... et nitrile Sommaire : 10.........................................................1e – L’isopropoxyde d’aluminium dans l’alcool isopropylique en excès (méthode de Meerwein-Ponndorf-Verley) .2.................................... 542 10........................1c – Le borane. 553 ......................... 542 10...................2................................. 532 10...............2....................1 – Réduction (voir aussi § 13.............. 539 10......................2.....3.................................... BH3.7...........................553 10.......2.........................2 Réactions de simple addition sur le groupe carbonyle ................... ....................................2 – L’hydroxylamine ... esters et anhydride carbonique .......3........................................ et cétimines .....................6 – Condensation de Darzens (ester glycidique) ............ 599 10........5.......3..5...4....................... 554 10........4 – Sur les imines......9 Réactions des organolithiens ........... 583 10...........1 – Sur les cétones et aldéhydes ............. 578 10........................9............................8......3 – Réaction de Knoevenagel ou Doebner-Knoevenagel ..................2 – Sur les esters............. 588 10....... 577 10.............................................................................................. 599 10.......................8...........9.518 Chimie organique 10....... 595 10...................................4 Additions faisant intervenir un carbanion .................................................... 594 10...........2 – Réaction de Tischenko .............. 559 10.............................8.4 – La semicarbazide et la thiosemicarbazide ....................8 Réactions des organomagnésiens ........10 Réaction de Reformatsky ..........................................7 Réaction de Wittig ........5 – Réaction de Perkin ............ amides et chlorures d’acides .................9....1 – Réaction de Cannizzaro ...4........ 576 10.......................4..........................5...................... 578 10........................... 559 10.......................4............................. 600 .. 580 10..4......................... 593 10..................5 Réactions faisant intervenir le transfert d’un ion hydrure du groupe aldéhyde ............................. 576 10....4 – Carbanion acétylure . 588 10.3 – Les hydrazines .............8......... 581 10..................3 – Sur l’anhydride carbonique (carbonation) et le sulfure de carbone ...........................2 – Avec les sels d’acides carboxyliques ................ 597 10....................3 – Réaction de Tollens ......................................................... cétones........3 – Avec les aldimines..............................4... 573 10....... 555 10.........................1 – Avec les aldéhydes.................... 560 10........... isocyanates et nitriles ...............................................6 Condensation benzoïnique ................................. 582 10...........................2 – Réactions de Claisen et de Dieckmann .......................................................................................... 596 10......................................1 – Aldolisation (et crotonisation) ................................ 567 10.........3........ soit par l’attaque d’un électrophile Y ou Y+ sur l’oxygène. et nitrile 10. ont un caractère commun. soit par celle d’un nucléophile Nu : ou Nu.1 Les réactions d’additions qui débutent par l’attaque de l’oxygène par un réactif électrophile sont moins fréquentes. Les additions radicalaires sont particulièrement rares. C=N. C’est l’étape la plus lente de l’addition.sur le carbone. Les réactions d’addition sur les groupes carbonyle. H ou CN.519 10.1 Il en résulte que les réactifs nucléophiles attaquent le carbone. La réaction se termine par . +δ C −δ O C C O O effet -I Figure 10.1 Généralités Les groupes carbonyle. Généralement. l’hétéroélément. étape rapide (schéma 10. une forte polarisation des liaisons. celle qui donne la vitesse de la réaction complète. qui est la conséquence de la différence des électronégativités entre le carbone et les hétéroéléments O. Elle est suivie de l’attaque d’un électrophile.1). La protonation de l’hétéroélément augmente le caractère positif du carbone avec formation d’un ion carbonium (étape rapide) ce qui facilite l’attaque du nucléophile présent. la réaction peut débuter. elles ont lieu en présence d’un acide fort ou d’un acide de Lewis.1). qui reste toutefois l’étape lente du mécanisme. S. C≡N. et les réactifs électrophiles.et nitrile. C=O. imine. réaction lente) ex: H2O +δ C −δ O E lent C O Nu E C rapide O Nu Nu ex: CN . imine. ou N. K Schéma 10. A priori. ces additions sont initiées par l’attaque nucléophile sur le carbone. +δ C −δ O H lent C O rapide C O Nu NuH NuH (sans catalyse acide. Il existe donc un effet électroattracteur -I auquel s’ajoute une délocalisation des électrons π qui affecte une charge positive au carbone et une charge négative à l’hétéroélément (figure 10. la catalyse basique permet d’augmenter la réactivité d’un nucléophile NuH en le déprotonant en Nu-. des nucléophiles forts comme l’ion cyanure réagissent sans l’aide d’un acide.2 Par ailleurs.2. .2 La quantité d’acide ajoutée à une réaction comme catalyseur doit être contrôlée afin qu’un excès n’induise pas une diminution de la concentration en nucléophile. Un excès conduit à un sel d’ammonium et à une diminution des amines libres. Il existe donc pour chacune de ces réactions un pH défini pour lequel la réactivité est maximale. C C O O +δ −δ H O +δ −δ H A R solvant protique acide Figure 10.520 Chimie organique une déprotonation (schéma 10. Le groupe carbonyle peut former avec un acide ou un solvant protique une liaison « hydrogène » qui permet une augmentation de la charge partielle positive du carbone de C=O (figure 10. La présence d’acide augmente sensiblement la vitesse de cette réaction.2).2). L’acide joue alors le rôle d’un catalyseur. L’eau est un faible nucléophile et son addition est lente en l’absence d’acide.2). catalyse acide +δ C −δ O H H H C C O O H H NuH C Nu O -H C O Nu H Schéma 10. ce qui le rend plus actif (exemple : HCN et CN–) (schéma 10. C’est le cas de l’hydratation (§ 10.3). l’addition d’amines sur les cétones s’effectue en présence d’une faible quantité d’acide. Des liaisons « hydrogènes » peuvent aussi activer l’attaque du nucléophile. entre autres. Par contre. Ainsi. pour une série homogène donnée.3).3 La nature des substituants portés par le carbone fonctionnel a une grande importance sur la vitesse de la réaction d’addition. imine. conséquence de la résonance (schéma 10. est plus réactif que l’éthanal. les aldéhydes sont généralement plus réactifs que les cétones.4). Les réactions d’addition sur les groupes carbonyle.3 La présence de substituants à effets électroattracteurs -I comme CH2Cl augmente sensiblement la vitesse de la réaction.4 Les cétones et aldéhydes aromatiques sont moins réactifs que leurs équivalents aliphatiques. R R C C O O Schéma 10. Cl CH2 +δ C −δ H3 C O +δ C −δ O H H Figure 10.4 . et inversement pour les groupes à effets électrodonneurs +I (figure 10. en raison de la délocalisation sur le cycle de la charge positive.4). CH3COCH3. et nitrile catalyse basique Nu NuH + B + BH H C O C O BH -B C O Nu Nu Nu Schéma 10. H +δ C H3C −δ +δ C O H3C −δ O −δ O H3C H H +δ C attaque d'un réactif nucléophile de moins en moins facile Figure 10. Ainsi. HCHO.521 10. dans la mesure où les groupes méthyles par leurs effets électrodonneurs +I diminuent le caractère positif du carbone (figure 10. Le méthanal. lui-même plus réactif que la propanone. CH3CHO. La di-t-butylcétone ((CH3)3C)2C=O ne réagit qu’avec des réactifs nucléophiles de faible volume et de haute réactivité (figure 10.2) (addition-1.5).4) C O H C C C OH C H C O Nu Nu (addition sur le groupe fonctionnel C=O) C Nu Schéma 10. au même titre que le volume du nucléophile.522 Chimie organique Le volume des substituants a aussi une importance sur la vitesse de la réaction d’addition. l’augmentation du volume du nucléophile utilisé peut rendre la réaction moins facile. R C substituants volumineux: approche de NuH ou Nu- O difficile et réaction d'addition lente R' Figure 10. On peut donc en conclure que les substituants du carbone interviennent sur la vitesse de l’addition par leurs effets électronique et stérique.5).5 À l’inverse. et pour un groupe fonctionnel donné. La conjugaison du groupe fonctionnel avec une double liaison et la délocalisation électronique qui en résulte rend possible des additions-1. Les substituants volumineux gênent l’approche du réactif nucléophile et diminuent la vitesse de la réaction. Les additions-1.2 sur le groupe fonctionnel sont rendues plus difficiles en raison de la diminution de la charge partielle positive du carbone (schéma 10.5 .4. C C C O 1 2 3 4 C C C C C O NuH NuH (addition-1. 6). l’addition en 1. l’addition des organométalliques et la réaction de Reformatsky. sont obtenus (schéma 10.(une condensation.et d’un amide -CO-NHR). il s’agit d’une addition-élimination. Dans ce dernier cas.2 (la présence du groupe fonctionnel stabilise plus le produit résultant de la réaction qu’une double liaison). cétone ou ester avec formation respectivement d’une imine >C=N. et plus souvent.10. imines et nitriles : – l’addition simple sur la double liaison fonctionnelle .4 ou sur le groupe fonctionnel.1a – Hydrogénation catalytique La réduction des aldéhydes et cétones simples (ne possèdant pas d’autres fonctions dans leurs molécules) peut être effectuée par l’hydrogène en présence d’un catalyseur (platine. la gêne stérique apportée par les substituants du composé de départ peut orienter plus encore que les effets électroniques. – l’addition d’un carbanion. Inversement. une hydrogénation catalytique. palladium ou ruthénium). imine.2 Réactions de simple addition sur le groupe carbonyle 10. 10. car dans ce cas le produit formé est plus stable thermodynamiquement que celui résultant de l’addition-1.2. Toutefois. – l’addition de composés azotés suivie d’une élimination avec formation d’une double liaison >C=N.4. Il existe trois grands types de réactions d’additions sur les groupes carbonyles. La présence d’un groupe volumineux sur C1 comme phényle a pour conséquence d’orienter la réaction plutôt vers l’addition sur C=O. Il faut y ajouter les réactions faisant intervenir le transfert d’un ion hydrure. le contrôle de la réaction est thermodynamique et l’addition est de type-1. Remarque : le terme « condensation » est équivoque car il indique dans la littérature ancienne l’addition pure et simple d’un réactif à un autre avec formation d’un seul composé (ex : formation de cyanhydrine à partir d’un aldéhyde et de HCN). maintenant. la condensation benzoïnique. voir ci-dessous) . et secondaires pour les cétones. primaires pour les aldéhydes. Les alcools correspondants. la réaction de Wittig. l’addition de deux molécules formant un composé unique qui subit l’élimination immédiate ou non d’une petite molécule comme l’eau ou un alcool avec formation ou non d’une double liaison (ex : réaction entre amine primaire et composé carbonylé. Les réactions d’addition sur les groupes carbonyle. .1 – Réduction (voir aussi § 13.7) 10. la substitution du groupe C=O par un groupe volumineux comme t-butyle oriente plutôt l’addition en 1. dans ce cas.2.4. et nitrile 523 Si la réaction d’addition est facilement réversible. Certains groupes réductibles comme CN. car elles sont réduites avant les fonctions carbonylées. Lorsqu’un réactif permet d’agir de manière spécifique sur une fonction donnée parmi les autres présentes dans une molécule. Pd OH . L’emploi de AILiH4 a l’avantage d’être utilisable avec tous les aldéhydes et cétones contenant ou non des doubles et triples liaisons mais aussi des groupes OR. La réaction s’effectue en phase homogène ce qui est préférable sur le plan des interactions intermoléculaires à une réaction en phase hétérogène solide-liquide. 10. chimiques. dans un solvant aprotique anhydre. NO2 ou COOR sont aussi réduits. dans ce cas.7. F. La plus importante est celle qui utilise l’hydrure de lithium aluminium. Toutefois.7 OH + Al (OH)3 + LiOH . dans lequel il a la particularité d’être soluble.1b – Hydrures métalliques (LiAlH4 et NaBH4) (voir aussi § 13.6 Les cétones et aldéhydes aromatiques peuvent être réduits en hydrocarbures après leurs réductions en alcools. NR2. AILiH4. les doubles ou triples liaisons ne doivent pas être conjuguées avec le groupe carbonyle car elles risquent d’être elles aussi réduites. qui ne sont pas transformés. comme le diéthyléther ou le THF.H2O R2 R1 C H R2 R2 = Ar' ou H Schéma 10.2) La réduction catalytique par l’hydrogène présente un grand inconvénient lorsque la molécule contient des doubles ou triples liaisons carbone-carbone ou carbone-azote. C O C H AlH3 Li O-AlH3 +3 C O C H H Li O Al Li 4 4 H-O-H 4 C H Schéma 10.524 Chimie organique H R1 C H2. selon la nature de la molécule. on dit qu’il est. chimiosélectif. C’est pourquoi on lui préfère d’autres méthodes de réduction. Pd O C R1 R2 R2 H H Ar OH C H2.2. De nombreux réactifs ont été mis au point pour réduire des aldéhydes ou cétones de manière spécifique dans des molécules polyfonctionnelles. L’hydrure de lithium aluminium est plus actif dans ces réactions de réduction que le borohydrure de sodium en raison de la plus forte polarisation des liaisons Al-H comparée à celle des liaisons B-H. le bore se lie à l’oxygène.7) par attaques d’ions hydrures sur le carbone fonctionnel et formations de liaisons O-Al. 10. ne pouvant donc pas être réduites par AILiH4. imine. . Cela explique la réaction violente de l’hydrure de lithium aluminium avec l’eau et les alcools et qui se fait avec libération d’hydrogène.9). Par ailleurs. dans le THF Lorsque le borane est utilisé pour réduire un aldéhyde ou une cétone. et l’hydrogène au carbone d’une première molécule de composé carbonylé.8 Une molécule de borohydrure de sodium réduit quatre molécules d’aldéhyde ou de cétone. BH3. L’hydrolyse conduit à trois molécules d’alcool (schéma 10. NaBH4 ne réduit pas les fonctions CN. L’action de l’eau dans la dernière phase de la réduction permet le remplacement de l’aluminium par quatre atomes d’hydrogène ce qui libère quatre molécules d’alcool. CH3 C O H O C CH CH3 OH H H BH3 + H3B-O-CH(CH3)2 Na isopropoxyborohydrure de sodium Na capable de réagir encore trois fois Na B(OCH(CH3)2)4 tétraisopropoxyborate de sodium Schéma 10. qui a l’avantage sur LiAIH4 de pouvoir être utilisé dans l’eau ou les alcools (solvants protiques polaires) ce qui augmente le nombre des molécules réductibles et en particulier celles insolubles dans l’éther ou le THF. et nitrile 525 Une molécule de AILiH4 forme un complexe à partir de quatre molécules de composé carbonylé (schéma 10. Quelques autres méthodes classiques présentées ci-après permettent la réduction des aldéhydes et des cétones.8). Un autre hydrure très utilisé est le borohydrure de sodium. NaBH4. Il se forme finalement le tétraisopropoxyborate de sodium lorsque la réaction est effectuée dans l’isopropanol.2. Ils font intervenir de nombreux réactifs métalliques. souvent très polaires. Les réactions d’addition sur les groupes carbonyle. comme AlLiH4 (schéma 10. NO2 et COOEt. puis la même réaction se renouvelle deux fois encore pour conduire à un borate d’alkoxyde.10.1c – Le borane. C O Na . et d’une base qui est le plus souvent.10 10. La réaction inverse est appelée oxydation d’Oppenauer (§ 12.9 10.526 Chimie organique C O + H BH2.1e – L’isopropoxyde d’aluminium dans l’alcool isopropylique en excès (méthode de Meerwein-Ponndorf-Verley) La réaction de Meerwein-Ponndorf-Verley (1925) utilisant l’isopropoxyde d’aluminium dans l’alcool isopropylique est une réduction réversible très spécifique des cétones et aldéhydes et qui a peu d’effet sur toutes les autres fonctions réductibles. comme la propanone. Toutefois.7) (oxydation d’un alcool en présence d’une cétone. L’action du sodium dans l’éthanol (schéma 10. les β-dicétones… ne sont pas réduits par cette méthode. EtOH C OH H Schéma 10. THF C O-BH2 +2 C O H C O-B H 3 H2O C O-H H + B (OH)3 borate d'alkoxyde acide borique Schéma 10. . les aldéhydes et cétones qui présentent un fort taux d’énolisation comme les esters β-cétoniques.2. la butanone ou la cyclohexanone. Il semblerait radicalaire. le t-butoxyde d’aluminium).10) est assez peu utilisée actuellement (elle réduit aussi très bien les fonctions esters).2. Le mécanisme est mal connu.1d – Le sodium dans l’éthanol (méthode ancienne de Bouveault et Blanc). dans ce cas. 10.12). aryl ou aralkyl : cétone OH hydrate d'aldéhyde ou de cétone Schéma 10. 56 °C.11 Pour orienter la réaction vers la formation de l’alcool.2. Le mécanisme est complexe. et la propanone (acétone). CH3CHO. Il s’effectue par transfert d’un ion hydrure suivi par celui d’un proton fourni par l’alcool isopropylique du milieu (schéma 10. D’autres mécanismes ont été proposés faisant intervenir deux moles d’isopropoxyde d’aluminium par mole de composé carbonylé.527 10. Cela est du à l’effet électrodonneur +I des groupes alkyles qui rend plus difficile l’attaque du nucléophile (dans ce cas. Les hydrates d’aldéhydes sont plus stables que les hydrates de cétones pour des groupes de substituants identiques comme l’éthanal. mais le passage par un état de transition cyclique à six centres ne fait aucun doute. 82 °C).2 – Hydratation OH R R C O C + H2O R' R' R'= H : aldéhyde R' = alkyl.11). l’eau) sur le carbone du groupe . et nitrile O-CH(CH3)2 (H3C)2HC-O Al H R2 O-CH(CH3)2 C CH3 R1 CH3 O O C C CH3 R2 isopropoxyde d'aluminium H Al O R1 CH3 O R1 O CH(CH3)2 + O H C CH3 H3C état de transition cyclique propanone (H3C)2HC O CH(CH3)2 Al H-O-CH(CH3)2 O C R2 O C R2 (H3C)2HC-O Al (H3C)2HC-O Al O O R1 (H3C)2HC-O + O (H3C)2HC H R1 O CH(CH3)2 H C R2 H alcool Schéma 10. inférieur à celui de l’alcool isopropylique. (CH3)2CO. la propanone (acétone) formée dans la réaction est distillée au fur et à mesure de sa production (point d’ébullition. Les réactions d’addition sur les groupes carbonyle.12 La plupart des composés carbonylés additionnent une molécule d’eau. imine. La réaction est réversible et l’hydrate formé (diol géminé) est instable dans de nombreux cas (schéma 10. A O C -A R' O H H R O R O H A Schéma 10. La figure 10.6 montre la variation de la stabilité de quelques hydrates en fonction des effets -I puis +I du ou des substituant(s) du groupe carbonyle. La présence de groupes électroattracteurs au voisinage du groupe carbonyle facilite l’addition du nucléophile et augmente la stabilité de l’hydrate résultant comme pour le chloral.13 L’hydratation peut s’effectuer en milieu neutre comme pour le méthanal mais aussi. Milieu basique R R C C O R' R O R R' O H O H O O R R H H H H O H + B + BH B O C C B Milieu acide R H C R' H .528 Chimie organique carbonyle. en milieu acide ou basique (schéma 10. Cl Cl C Cl OH H OH H H3 C H OH OH H OH C C hydrate de méthanal hydrate de chloral H 3C OH C C H 3C OH hydrate d'éthanal OH hydrate de propanone stabilité décroissante Figure 10. le plus souvent. Cl3C-CHO.A R O H . O C Ph H C C O O Ph O O C O + H 2O H O Ph Ph hydrate de diphénylpropanetrione très stable Schéma 10.13).14 R O H C O H H C H R O + AH H .6 La possibilité de liaisons hydrogènes dans l’hydrate augmente aussi sa stabilité comme pour celui de la diphénylpropanetrione (schéma 10.14). 16 . une addition semblable à celle des composés carbonylés a lieu. élimine une molécule d’amine primaire pour libérer finalement un composé carbonylé (schéma 10.16). analogue de l’hydrate. Toutefois.A H C O N H . Le mécanisme en milieu acide débute par une protonation de l’azote basique de l’imine ce qui provoque l’addition d’une molécule d’eau avec formation d’une α-hydroxyamine protonée instable. L’élimination d’un sel d’ammonium et la perte d’un proton conduisent au composé carbonylé (schéma 10.A H sel d'α-hydroxyamine R" R R' C O + H N H . et nitrile Dans le cas du groupe imine. R C N R' C H . imine. aralkyl) R C N H OH α-hyroxyamime R" + H2N O R' amine primaire composé carbonylé (cétone ou aldéhyde) Schéma 10. ArCH=N(R)(R’). Les réactions d’addition sur les groupes carbonyle. R R R" C R" + H2O N C R' R' imine d'aldéhyde (R =H) ou de cétone (R = alkyl.529 10.15). imines formées entre des aldéhydes aromatiques et des amines primaires. sont plus difficiles à hydrolyser et un milieu acide (ou basique) est nécessaire. les bases de Schiff.A O H R" H .A R R" R R" N H O H H .A H sel d'amine primaire Schéma 10. mais le composé ainsi formé.A H H H R R R' H N O O H R" C R' N R' H . aryl.A + C H R" R R' R' N O H α-hydroxyamine protonée R" C H .15 C’est une réaction équilibrée mais qui est très fortement déplacée vers la droite en conditions normales (avec des imines aliphatiques). R.R’C=N-NH-CS-NH2.R’C=N-NHR”. R.530 Chimie organique D’autres composés qui portent un groupe imino >C=N.18 X N O + H R4 .17). L’hydrolyse peut s’effectuer à pH 7.R’C=N-NH-CO-NH2. R1 R3 C N R2 R4X R1 R1 R3 R4 R2 R3 C N C N X R4 R2 X sels d'iminium H 2O R1 R3 H C R2 Schéma 10. les semicarbazones.18). C’est la réaction inverse de leurs formations. des hydrazines (sous forme de sels). les hydrazones. R OH R H 2O C C N R' O H2N OH + R' hydroxylamine oximes H H R N H2O R" idem NH2 + C N R' (l'hydrazine R" = H) H N H2O CO-NH2 idem + H2N C N R' NH CO-NH2 semicarbazide semicarbazones H R N CS-NH2 H2O idem H2N NH CS-NH2 + C N R' R" hydrazines hydrazones R N thiosemicarbazide thiosemicarbazones Schéma 10. mais elle peut être très lente.R’C=NOH.comme les oximes R. R. de l’hydroxylamine (sous forme de sels). Elle est plus rapide en milieu acide. sont hydrolysables comme les imines et libèrent un composé carbonylé (aldéhyde ou cétone) et respectivement. et les thiosemicarbazones. de la semicarbazide. Ces composés sont très facilement hydrolysés à température ordinaire en raison de la délocalisation de la charge positive sur le carbone (schéma 10.17 Les sels d’iminium sont souvent préparés par action d’un halogénure sur une imine. et de la thiosemicarbazide (schéma 10. C’est une méthode souvent utilisée pour leurs préparations.19). Les nitriles étant obtenus facilement par action d’un halogénure sur un cyanure alcalin par une réaction de substitution (schéma 10.20 H O acide + NH2 H . RCONH2. et nitrile Des sels d’iminium se forment lorsque des énamines sont en milieu acide.531 10. H C C C R1 N H C H2O C N R1 N R2 C H O R1 N + sel d'iminium ènamine C H R2 R2 C R1 H R2 Schéma 10.20).19 Dans des conditions de réaction stœchiométriques. les nitriles additionnent une molécule d’eau en milieu acide sulfurique concentré pour former un amide. RX R C + SN2 NaCN H N R C RCN NH R H2O H H C R H O C H -H N C H O NH2 R C R H N H O R C H O O O H H R H R N amide O NH2 H C H R O NH H O C H H R O NH H (quantité stoechiométrique) NH amide protoné C NH O O H C C SO4H2 concentré nitrile R + NaX H H H H addition d'eau à l'amide protoné Schéma 10. L’hydrolyse est facile (schéma 10. imine. Les réactions d’addition sur les groupes carbonyle. L’hydrolyse acide des amides conduit aux acides dont ils dérivent. 7).532 Chimie organique L’hydrolyse des nitriles peut aussi être effectuée en milieu basique par la soude contenant environ 10 % de peroxyde d’hydrogène (eau oxygénée).7 10.21). Le mécanisme d’hydrolyse basique passe encore par un amide qui.OH C O O C O H iminoalcool amide (formes tautomères) R NH2 R O H C NH2 O O R O H H O C NH2 NH C R O H O + NH3 C R H H R-COO O H O H + H 2O sel d'acide Schéma 10.21 L’acide sulfhydrique H2S. . et de l’ammoniaque (NH3 + H2O → NH4OH) (schéma 10. ou des composés cycliques comme les trithianes (figure 10.2.22 + H2 O . S S S trithiane Figure 10. composé analogue de l’eau. la sulfuration en composés thiocarbonylés >C=S.3 – Alcools et thiols R R C O + R'OH OH H H hémiacétal R OR' C H OR' C OH + R'OH H R OR' C H OR' acétal Schéma 10. sous l’action de la soude. mais de nombreuses autres méthodes existent. des α-dithiols >C(SH)2. N R C N R H2O. fournit le sel de sodium de l’acide. mis en présence de composés carbonylés peut conduire à divers produits comme les α-hydroxythiols >C(SH)-OH. Les mécanismes sont semblables à ceux de l’hydratation (§ 10. Cl3C-CHO.2). des acétals (schéma 10. Sauf très rares exceptions. Les réactions d’addition sur les groupes carbonyle. comme l’éthanal. ou ceux qui portent un substituant électroattracteur.H2O C C O R' R' R' H R O O O R' R' H O H O O H R O O H C H H O R' R'-O-H R' H O R C H -H R O C R' H O O R' R' acétal Schéma 10. comme le trichloroéthanal ou chloral. Ce sont des réactions réversibles qui peuvent avoir lieu en milieu neutre. conduisent à des hémiacétals stables isolables .533 10. imine. et nitrile Les aldéhydes réagissent avec les alcools anhydres pour former d’abord des hémiacétals puis.2.23 La formation des acétals à partir des hémiacétals nécessite un catalyseur acide (schéma 10. les bases sont sans effet. mais la catalyse acide augmente leur vitesse. Les hémiacétals et acétals sont stables en milieu basique.22). Les aldéhydes de faibles masses moléculaires.23). Formation de l'hémiacétal en milieu neutre C H R C H O O O O R H R H R' H O O H C R' R' hémiacétal Formation de l'hémiacétal et de l'acétal en milieu acide O R H C O R H R' H R H C H H O C H H -H C R H R H C hémiacétal H R . 24.534 Chimie organique (donc plus stables que les hydrates correspondants). schéma 10.33). la formation d’un hémiacétal par réaction intramoléculaire est possible si l’hétérocycle qui est ainsi produit est composé de 5 ou 6 éléments. en milieu acide. cette réaction d’addition étant difficile.et βD-glucopyranoses prépondérants. et qui est aussi à l’origine du phénomène de la mutarotation des sucres (présentée au § 4.24 Lorsqu’une fonction aldéhyde et une fonction alcool sont présentes dans une même molécule. la protection de la fonction aldéhyde du 3-bromobutanal est nécessaire pour effectuer l’élimination de HBr et former une double liaison. C’est le cas des sucres acycliques comme le D-glucose qui. soit par une distillation simple ou azéotropique (voir 8. c’est-à-dire très stable car présentant de faibles tensions cycliques. H2O H2C CH-CH(OEt)2 + NaBr + H2O Schéma 10.et β-D-glucofuranoses) ce qui crée un carbone asymétrique supplémentaire présent dans le cycle appelé carbone anomérique. Cette protection permet au chimiste de poursuivre sa synthèse en effectuant des réactions nouvelles (surtout en milieu basique) avec des réactifs qui auraient pu agir de manière non souhaitée sur cette fonction carbonylée. Le retour à la fonction aldéhyde de départ (déprotection) est effectué par hydrolyse de l’acétal. Br-CH2-CH2-CHO + 2 EtOH H Br-CH2-CH2-CH(OEt)2 + H 2O NaOH 2 EtOH + CH2=CH-CHO H .1. schéma 10.25. elle est alors remplacée par l’action de composés comme les orthoesters. Parfois. Pour les aldéhydes de masses élevées. Al2O3. ainsi que α.5. soit par absorption au moyen d’un tamis moléculaire ou d’alumine. En effet. est en équilibre avec les formes cycliques (α. HC(OR)3. Dans l’exemple présenté. par hémiacétalisation.12d). l’action de la soude sur le composé de départ aldéhydique aurait produit un carbanion par déprotonation de CαH et des réactions autres que l’élimination de HBr auraient été possibles. en présence de chlorure d’ammonium. L’acétalisation permet de les éviter. . Les acétals sont utilisés comme protecteurs de la fonction aldéhyde d’une molécule. le déplacement de l’équilibre vers la droite est obtenu par élimination de l’eau formée. 27). imine. les cétones réagissent assez difficilement avec les alcools pour des raisons d’encombrement stérique et électronique (voir § 10. Les réactions d’addition sur les groupes carbonyle.5% 3 H OH 4 H O HO 6 CH2OH 5 4 D-glucose (acyclique) O OH H 1 63.1). HO-(CH2)2-OH et 1.2-diols (glycols). et nitrile H 6CH2OH 5 O H 1 H 2 HO H H 3 4 OH H H 4 OH 6 CH2OH H 5 OH OH H HO OH 5 CH2OH 6 HO 3 2 2 HO 35. comme l’éthane-1.3-diols.5% OH 3 OH HO H 2 OH β-D-glucopyranose ou β-D-glucose H OH OH H OH O 5 6CH2OH α-D-glucopyranose ou α-D-glucose 2 OH 3 H H 1 OH H 1 O OH 4 1 1 2 3 4 H OH H OH O 5 CH2OH 6 Schéma 10.2-diol. respectivement (schéma 10.3-diol. Seuls.535 10. . Ce sont d’excellents protecteurs de la fonction cétonique. Les mécanismes de formation de l’hémiacétal et de l’acétal sont identiques à ceux indiqués pour les aldéhydes (schéma 10.3-dioxanes. comme pour les aldéhydes de masses élevées. 1. R C O R' + R"-OH H OR" R C R' R"OH. conduisent assez facilement à des acétals cycliques stables.26 Les réactions avec de simples alcools s’effectuent le plus souvent en milieu acide avec retrait de l’eau formée. HO-(CH2)3-OH.3-dioxolanes et 1. les 1.26).25 Contrairement aux aldéhydes. comme le propane-1. H OH hémiacétal OR" R + H2 O C R' OR" acétal (autrefois appelé cétal) Schéma 10. C O + R-OH + HX . Les dithioacétals sont plus stables que les acétals vis-à-vis de l’hydrolyse acide. il ne se forme pas l’hémiacétal mais un éther α-halogéné. RSH. le groupe hydroxy de l’hémiacétal est substitué par X (schéma 10.3-diol CH2 1.2-dithiol conduit à des dithioacétals cycliques. SiCl4. Sous l’action de HX. lesquelles présentent comme indiqué précédemment de très faibles tensions de cycle.28). La facilité de la formation des acétals cycliques est liée à leur entropie de formation qui est relativement plus favorable que celle de la formation d’acétals acycliques : un diol réagit sur un aldéhyde ou une cétone en fournissant deux molécules (l’acétal et l’eau) tandis qu’un alcool simple nécessite trois molécules (deux d’alcool et une de composé carbonylé) pour un même résultat : deux molécules. Les dithioacétals sont désulfurisés par le nickel de Raney ce qui permet de réduire les cétones.3-dioxane Schéma 10.27 Cette stabilité est liée à leurs structures hétérocycliques composées de 5 ou 6 éléments.29). on peut donner le classement suivant en fonction de la facilité de l’acétalisation. Il se forme un hémimercaptal (ou hémithioacétal) puis un dithioacétal qui sont stables en milieu basique.536 Chimie organique C O + O HO CH2 HO H C O CH2 éthane-1. la réaction directe étant parfois complexe (schéma 10.3-dioxolane HO CH2 C O CH2 H CH2 CH2 + H2O C O CH2 propane-1.2-diol O CH2 + HO + H 2O CH2 1. La dithioacétalisation est utilisée pour la protection des composés carbonylés. ou le tétrachlorure de silicium. La formation des dithioacétals peut être catalysée par des composés autres que les acides. Parmi les diols souvent utilisés pour la protection des aldéhydes et des cétones. le tétrachlorure de titane. Celle de l’hydrolyse des acétals correspondants est en ordre inverse.28 Les thiols. . réagissent plus facilement avec les aldéhydes et cétones que les alcools ce qui est en accord avec le caractère plus nucléophile des thiols comparé à celui des alcools. TiCl4. par exemple.H2O OR C X Schéma 10. L’éthane-1. HO-CH2-C(CH3)2-CH2OH > HO(CH2)2-OH > HO(CH2)3-OH Lorsqu’un aldéhyde ou une cétone aliphatique est traitée par un alcool primaire ou secondaire anhydre et un halogénure d’hydrogène en quantité stœchiométrique. et certains nitriles aromatiques ortho substitués ne réagissent pas. imine.HN(Et)3.29 Les nitriles additionnent une molécule d’alcool absolu (le plus souvent primaire) en présence de chlorure d’hydrogène. le dioxane ou le benzène. C’est la synthèse de Pinner (1877). Les réactions d’addition sur les groupes carbonyle. d’iminoéther ou d’imidate.R'OH R N C C O Ar 2-aryl-1. l’imidate.4-oxadiazoles.3. pour former un chlorhydrate d’iminoester. Ils réagissent très facile- . ∆ R C OR' OR' orthoester Schéma 10. Cl NH NH NH -NH-R' 2 R' R NH2-NH-CO-Ar hydrazine monosubstituée R C N N R C hydrazide O O R' C NH-NH-R' NH-NH-R' amidrazone N NH-CO-Ar R NH2 C iminoéther ou imidate H2O R' Cl hydrazonate C OH R' Ar N .3.537 10. sans solvant ou dans l’éther. Par chauffage des chlrohydrates d’iminoéthers dans un alcools des orthoesters sont formés (schéma 10.4-oxadiazole substitué en position 5 O R C OR' ester OR' R'OH. Les acylnitriles. R C H C O H R R' R' Cl NH2 R R Cl O C O R' NH2 Cl NH H N C O chlorhydrate d'iminoéther ou d'imidate N(Et)3 R C O . RCOCN. et nitrile OH C O + RSH SR RSH C H2. par action d’un hydrazide). de son sel. Ni C CH2 + 2 RSH SR SR hémithioacétal dithioacétal Schéma 10.30).30 L’action de la triéthylamine ou de bicarbonates alcalins permet de libérer la base. Les imidates sont très utilisés en synthèse de composés hétérocycliques (comme les 1. dans un mélange. R-CN + R'OH H alcool secondaire ou tertiaire R'-OH R C H . en conditions douces. pour former des composés cristallisés qui précipitent car très peu solubles dans l’eau. .H2O N R C N H H N R' R + R' -H R C O O O H R' R C R' R-CO-NH-R' amide secondaire H N R' C N R' R C N H R' O H Schéma 10.4 – Bisulfites alcalins Seuls. Dans les conditions de cette réaction.32). surtout pour des raisons de gêne stérique. C’est une méthode intéressante pour séparer des composés carbonylés (actifs.538 Chimie organique ment à 0 °C avec de nombreux nucléophiles azotés. l’ion sulfite formé à partir de l’ion bisulfite attaque le carbone du groupe carbonyle. Le nouveau carbocation qui en résulte additionne une molécule d’eau pour former un N-alkyl amide (schéma 10. sels de l’acide hydroxysulfonique (appelés combinaisons bisulfitiques). Les autres cétones ne réagissent pas ou faiblement. fournit des esters. les α-céto esters et quelques cétones cycliques (inférieures à nC = 7) sont capables d’additionner une molécule de bisulfite alcalin en solution dans l’eau.2. L’hydrolyse des sels d’iminoéthers. Il ne s’agit pas d’une véritable addition d’un alcool sur le groupe nitrile. certaines méthylcétones peu encombrées.31). Des carbocations issus d’autres molécules comme les alcènes produisent le même résultat. mais aussi les isocyanates qui réagissent avec le bisulfite de sodium) de composés non carbonylés. Une autre réaction. car l’équilibre est alors peu orienté vers la droite. la réaction de Ritter fait aussi appel à un nitrile et à un alcool susceptible de libérer un carbocation stable par action d’un acide fort (alcools secondaires. tertiaires …). mais d’une attaque de ce groupe par un carbocation produit in situ. les aldéhydes. Le composé carbonylé est régénéré par chauffage dans une solution diluée de carbonate de sodium (schéma 10.31 10. La protonation par l’eau du milieu conduit à la combinaison bisulfitique. 32 10. imine. (CH3)3C-CO-CH3).33 La réaction avec les aldéhydes aromatiques conduit plutôt à des benzoïnes (§ 10. dans ce cas. déplace l’équilibre vers la gauche. et nitrile HO S O O Na O S O + H 539 + Na O ion bisulfite ion sulfite R C O H O CO3Na2 H2O OH H C S O O R C O + SO3Na2 H SO3 Na combinaison bisulfitique solide cristallisé Na ion sulfite Schéma 10. Les réactions d’addition sur les groupes carbonyle. La réaction est réversible. par action de l’ion cyanure. elle-même.34).5 – Acide cyanhydrique Tous les aldéhydes et certaines cétones (propanone.33). La réaction est plus souvent effectuée en présence d’une base car l’ion CN . L’obtention des cyanhydrines. additionnent une molécule d’acide cyanhydrique (formée in situ par action d’acide sulfurique dilué sur un cyanure alcalin) pour former les cyanhydrines correspondantes (schéma 10. L’addition d’une base à la cyanhydrine.6). .est un meilleur nucléophile que l’acide cyanhydrique. pentan-3-one et pinacolone. selon une réaction de substitution SN2 (schéma 10.10. est effectuée à partir de la combinaison bisulfitique de l’aldéhyde.2. KCN + H2SO4 OH C=O C + HCN CN cyanhydrine C=O H CN Schéma 10. butanone. .34 La benzophénone Ph-CO-Ph ne réagit pas. en particulier par cristallisation fractionnée. avant traitement par l’acide minéral pour libérer l’acide aldonique. se cyclise spontanément en lactone. On obtient un mélange d’épimères. laquelle est réduite par l’amalgame de sodium. CN CN Ar-CO-R + Me3SiCN acide de Lewis Ar C R OSiMe3 H2O Ar C OH R Schéma 10. en aldose avec une unité H-C-OH en plus de l’aldose de départ. Il en est de même des cétones encombrées.35 L’hydrolyse de CN in situ de la cyanhydrine conduit à des α-hydroxy acides. réaction suivie d’une hydrolyse pour déprotéger le groupe hydroxy (schéma 10. Les cyanhydrines dérivées de Ar-CO-R sont plus facilement obtenues par action du cyanotriméthylsilane en présence d’un acide de Lewis.35). La séparation peut être faite à partir des sels d’acides aldoniques.36) et appelée méthode de Kiliani-Fischer (1885) : l’aldose est d’abord traité par le cyanure de sodium en présence de chlorure de calcium ce qui fournit la cyanhydrine correspondante. acide aldonique. Ce polyhydroxyacide. Cette réaction est suivie de l’hydrolyse du groupe nitrile en acide par action de la soude à chaud (40 à 60 °C). méthode utilisée pour allonger les chaînes des sucres d’une unité de carbone (schéma 10. le borohydrure de sodium ou par une méthode électrolytique. et les cétones Ar-CO-R avec R aliphatique sont très peu actives.540 Chimie organique OH Ar CHO + NaHSO3 Ar CH OH CN Ar CH CN SO3Na -NaSO3 Schéma 10. imine. CaCl2 séparation COONa des sels H d'acides aldoniques OH épimères CHOH ∆ CHOH puis H HO NaOH.37 H2O base R NH2 C COOH H . les cyanhydrines réagissent avec l’ammoniac pour former des α-amino nitriles. par hydrolyse du groupe CN. RCHO HCN R OH C CN H NH3 . H2O CHOH OH CHOH CHOH et COOH H CHOH CHOH COOH H OH O H O H H O OH Na/Hg CHOH pH: 3-3. Les réactions d’addition sur les groupes carbonyle.5 H HO CHOH CHOH HC Schéma 10. qui. Ainsi. L’utilisation d’amines primaires ou secondaires permet l’accès à des α-amino nitriles N-substitués ou N.36 Les groupes hydroxy en position α d’un nitrile peuvent être facilement substitués par des réactifs nucléophiles.5 CHOH CHO C HO H CHOH CHOH CHOH OH HC COOH HO CHO CHOH CHOH CHOH C Na/Hg O pH: 3-3.H2O R NH2 C CN H Schéma 10.37).541 10. permettent d’accèder à des α-amino acides : c’est la méthode de Strecker (1850) (modifiée parTiemann) (schéma 10. et nitrile COOH H CN H OH CHOH CHO NaCN CHOH CHOH H2O.N-disubstitués. On peut remplacer HCN et NH3 par un mélange de chlorure d’ammonium et de cyanure de sodium. La forte polarisation de la liaison entre le carbone et OPCl4 facilite une réaction de substitution nucléophile SN1 par un ion Cl. il y a d’abord addition de PCl4+ sur l’oxygène du carbonyle. la possibilité de l’élimination de HCl est importante ce qui conduit alors à un chlorure vinylique (schéma 10.38). Cl-. L’ion Cl. dérivé α-hydroxyaminé instable qui élimine une molécule d’eau. est une condensation (schéma 10. tous composés nucléophiles. R-NH2. addition plus élimination. PCl5. NH2-CO-NH-NH2.3 Additions sur des molécules de formule générale R-NH2 L’ammoniac. se comporte le plus souvent dans de nombreuses réactions comme PCl4+. la thiosemicarbazide.peut aussi provenir de PCl6. NH2-CS-NH-NH2. la semicarbazide. L’ensemble de ces réactions. En présence d’aldéhydes ou de cétones aliphatiques.38 Si le composé carbonylé a un hydrogène en α. Le résultat est l’obtention d’un gem-dichlorure (schéma 10.39). Il se forme alors un composé dans lequel l’oxygène du composé carbo- . R-NH-NH2.présent dans PCl5.ou une substitution nucléophile intramoléculaire SNi. puis de Cl. réagissent avec les aldéhydes et les cétones en s’y additionnant pour former un adduit. l’hydroxylamine. les amines primaires.2. HO-NH2 les hydrazines.542 Chimie organique 10. Cl Cl Cl C Cl C Cl O PCl4 SN1 C Cl OPCl4 C OPCl4 Cl SN i Cl .6 – Pentachlorure de phosphore Le pentachlorure de phosphore.POCl3 C Cl O P C Cl Cl Cl Cl Schéma 10.sur le carbone. Cl C C H Cl .40).39 10.HCl C C Cl Schéma 10. amide primaire Y = R. H2N addition Y R1 NH2-Y R1 C R1 C R2 O NH-Y C O R2 O H R2 aldéhyde ou cétone élimination H N-Y R1 C R2 Y R1 . Cela montre l’importance du pH pour ces réactions. de la plupart des amines. faibles nucléophiles. les réactifs azotés. Les molécules de formule générale RNH2 réagissent aussi avec les esters mais contrairement aux réactions avec les aldéhydes et cétones.543 10. acylhydrazine ou hydrazide . le groupe carbonyle n’est pas remplacé par un groupe imine : il est conservé. Les réactions d’addition sur les groupes carbonyle. s’additionnent plus facilement sur les aldéhydes et cétones en présence d’un acide dont le rôle est d’activer le groupe carbonyle de ces fonctions. de l’hydroxylamine et des hydrazines.41 Y = H. Inversement. C’est le cas de l’ammoniac. imine.H 2O C N R1 C et R2 R2 O H N Y Schéma 10. H 2N addition Y R NH2-Y R C R C O R'O O NH-Y C R'O O H R'O ester élimination R R'O NH-Y C O H R -R'OH NH-Y C O Schéma 10. Par contre. Après l’addition du groupe amino sur le groupe carbonyle de l’ester. l’élimination est dans ce cas plus difficile et la vitesse de la réaction peut être augmentée par une catalyse acide. et nitrile nylé de départ est remplacé par un azote lié à différents groupements selon le réactif azoté utilisé. L’élimination d’eau est relativement facile dans ce cas. amide secondaire Y = OH.41). acide hydroxamique Y = NHR. une molécule d’alcool est éliminée (schéma 10.40 L’addition est d’autant plus facile que le caractère nucléophile des réactifs azotés est élevé. 10. comme le chloral. et des hydrazidines.1 – L’ammoniac et les amines 10. RC(NH2)=NNHR’.6-triméthyl-hexahydro-1.3. N OH HCHO + NH3 .H2O H2C=NH H2 C x4 N N N NH2 hexaméthylènetétramine OH CH3-CHO + NH3 H3 C C H H . RC(NH2)=NR’.4. Un exemple classique est la formation de l’hexaméthylènetétramine par réaction du formaldéhyde avec l’ammoniac. et beaucoup plus difficilement avec les cétones.6-triméthyl-hexahydro-1. l’hydroxylamine. . et à des acylhydrazines ou hydrazides. à des acides hydroxamiques.H2O C NH H3 C NH2 hémiaminal OH Cl3CCHO + NH3 HN x3 CH3 NH H 3C HN .5-tétrazine (trihydrate) par action de l’ammoniac sur l’éthanal (schéma 10. secondaires et tertiaires. les hydrazines conduisent respectivement à des amides primaires. des imines qui peuvent être isolées (schéma 10. l’ammoniac et les amines primaires et secondaires ainsi que l’hydrazine pour former respectivement des amidines. les amines primaires et secondaires. CCl3CHO. sans élimination successive.544 Chimie organique L’ammoniac.42). 3 H 2O CH3 2. Les nitriles additionnent simplement. ou celle de la 2. Les amines primaires forment avec les aldéhydes.4.3.1a – Avec les aldéhydes et cétones L’ammoniac réagit avec les aldéhydes et les cétones en fournissant des imines instables qui se transforment ou réagissent entre elles pour créer des polymères. l’hémiaminal peut-être isolé.3.3.42 Avec les aldéhydes qui possèdent des groupes électroattracteurs puissants.5-triazine trihydrate Cl3C CH NH2 hémiaminal Schéma 10.43). imines résultant de réactions entre amines et aldéhydes aliphatiques). C’est une réaction importante en biochimie dans la biosynthèse des α-aminoacides (schéma 10. la phénylalanine) sur le pyridoxal (aldéhyde aromatique hétérocyclique d’origine naturelle) sont à l’origine de nombreuses biosynthèses.545 10. . Les bases de Schiff. lequel.∆ NH2 R CH . Les imines sont stables si elles sont substituées par au moins un groupe aromatique provenant de l’un ou des deux réactifs. les imines.44 Si aucun substituant aromatique n’est présent sur l’imine.45). Lorsque l’aldéhyde est aromatique. et d’une manière plus générale.43 L’imine résultant de l’action de l’ammoniac sur un aldéhyde peut réagir avec l’acide cyanhydrique pour former un aminonitrile. et nitrile NHR C + NH2-R O R C C N + H-OH imine OH ammoniac: R = H ou amines primaires: R= alkyl ou aryl si R = aryl : bases de Schiff Synthèse de Strecker des α-aminoacides R R H C H C H N H H N H NC CN H2O. Les réactions d’addition sur les groupes carbonyle. peuvent donner lieu à des réactions de transimination en présence d’une amine. Les composés de ce type comme celui figuré dans le schéma 10. obtenus par action des acides α-aminés naturels (ici. (par exemple. conduit à un α-aminoacide. mais se dégrade très facilement ou se polymérise. imine.NH3 COOH α-aminoacide aminonitrile Schéma 10. Ph COOH Ph CH2 CH HOH2C OH NH2 phénylalanine N CHO + N COOH CH2 CH CH3 pyridoxal . l’imine correspondante est appelée base de Schiff. par hydrolyse.H 2O CH HOH2C OH N CH3 base de Schiff (aldéhyde aromatique) Schéma 10. H .44. il peut être isolé. c’est la synthèse de ces acides par la méthode de Strecker. l’élimination d’une molécule d’eau conduit à une ènamine. par entraînement azéotropique (§ 8. et dans la préparation de composés hétérocycliques divers.N-disubstitués suffisamment stables pour être isolés. Si un hydrogène est présent en position α de cette fonction. dans des réactions d’alkylation (2).546 Chimie organique H R3 R1 NH2 N R1 C R2 NR3 C H N R1 C NHR2 H R3 + R2 NH2 H Schéma 10. toluène) en présence d’acide p-toluènesulfonique.11d). Toutefois.46. l’élimination d’eau est immédiate et l’ènamine est le résultat unique de la réaction.45 Les réactions des amines secondaires avec les aldéhydes et cétones fournissent des hémiaminals N. La réaction se fait souvent avec les cétones dans un solvant aromatique (benzène. . Celles formées à partir d’amines secondaires acycliques sont beaucoup moins stables que celles résultant de l’action d’amines secondaires cycliques comme la pyrrolidine. Par chauffage. la pipéridine ou la morpholine. Les ènamines ont un rôle important en synthèse et en particulier. en particulier. des réactions secondaires ont lieu. L’eau formée est extraite du milieu réactionnel par différentes méthodes et. Les ènamines résonnent entre deux formes limites (schéma 10. 1). le plus souvent. d’addition de type Michaël (4). Les ènamines dérivées d’aldéhydes sont moins stables que celles dérivées de cétones. d’acylation (3).1. imine.547 10. H CH2-CH2-COOEt O + sel d'amine Schéma 10.H2O H H C C C R2 R1 R1 R1 énamine hémiaminal 2) H2O ICH3 N N N O morpholine O + sel d'amine COR acylation O + HN O H I N-cyclohexènopyrrolidine 3) CH3 CH3 alkylation pyrrolidine N R2 N R2 N O + HN C RCOCl N Et3N O + Et3NH .H2O N R H hémiaminal Schéma 10.47). H C H C C + H2 N R O H C OH .47 C C C énamine N R H C N R imine tautomère quasi unique . Les réactions d’addition sur les groupes carbonyle.46 Lorsque l’énamine provient d’une réaction effectuée avec une amine primaire. il existe une tautomérie énamine-imine dont l’équilibre est très en faveur de l’imine ce qui rend impossible l’isolement de l’énamine (schéma 10.Cl N-cyclopentènomorpholine COR COR N O H2O O + sel d'amine H N CH2-CH2-COOEt CH2-CH-COOEt H CH2=CH-COOEt 4) réaction de Michael N N H2O. et nitrile 1) C H R1 H C C + HN R2 O H C H OH . soit directement (hydrogène + nickel de Raney) comme pour les amines secondaires. qui s’effectue à des températures supérieures à 150 °C. le mécanisme est mal connu. 1949). Sa déformylation nécessite l’action de l’acide chlorhydrique concentré ou de la soude à 30 %.Ni R2 N R1 R2 Schéma 10. alicycliques. La présence de groupes réductibles comme les doubles liaisons éthylèniques. réaction de Wallach.50).48 Une réaction d’amination réductive des aldéhydes et cétones peut être effectuée lorsque le composé carbonylé est traité par une amine secondaire et l’hydrogène ou NaBH4.548 Chimie organique Si aucun hydrogène n’est présent en position α de la fonction. Les réactifs réducteurs sont très variés : borohydrure de sodium.49 Avec l’ammoniac et les amines primaires. le formamide ou un dérivé N-monosubstitué.49). NaBH3CN entre autres. Dans la réaction de Leuckart (1885). L’amine obtenue est alors N-formylée. Les aldéhydes et cétones aliphatiques. R1 C C H R1 H + HN O HN C C R2 R2 OH H C N R2 N N R2 R1 R1 C R2 R1 + H2O aminal hémiaminal Schéma 10. la réaction peut se poursuivre par une substitution du groupe hydroxy par un groupe amino ce qui conduit à un aminal (schéma 10. OH R1 C C O + HN R2 C . en présence d’un catalyseur métallique. Les formamides N. tous les aldéhydes et cétones peuvent être mis en réaction. .48).N-disubstitués réagissent très difficilement sauf s’ils sont substitués par des groupes aryles. comme le nickel de Raney. aliphatiques-aromatiques. NaBH4. Comme pour la réaction de Wallach. cyanoborohydrure de sodium. On obtient alors une amine tertiaire (schéma 10. on utilise le formiate d’ammonium. ces réactions peuvent être faites. aromatiques sont utilisés (schéma 10. Dans ce cas. soit par réduction de l’imine produite après l’avoir isolée. L’acide formique peut aussi servir de réducteur (réaction appelée dans ce cas.H 2O N R1 H H2. les groupes nitro et nitrile sont conservés. L’hémiaminal N-acylé qui en résulte réagit très souvent avec une nouvelle molécule d’amide pour fournir un aminal N.50 Enfin. R1 C O + N R2 OH H R3 C R1 N R2 R3 sel quaternaire d'hémiaminal Schéma 10. s’additionnent en milieu acide sur les aldéhydes et cétones en produisant des sels d’hémiaminals (schéma 10.51). Les réactions d’addition sur les groupes carbonyle.51 Bien que moins nucléophiles que les amines.549 10. La réaction nécessite un catalyseur acide ou basique. En présence d’une base.52).N’-diacylé (alkylidène ou arylidène bisamides) (schéma 10. . et nitrile Réaction de Wallach R1 + C O R1 OH NH C N R1 H C HCOOH N R2 R2 R2 si R2 = H HCOOH amines primaires ou secondaires R1 H C R1 H HCl cé N C N C=O H H Réaction de Leuckart O C O C + H R1 O H H R1 C N N O HCOOH R1 C OH N H C H C HCl cé ou NaOH R1 HN H C Schéma 10. les amines tertiaires. les amides sont susceptibles de s’additionner sur les composés carbonylés comme les aldéhydes. c’est l’ion amidure qui est le réactif nucléophile. imine. 3.H 2O OH C NHCOR aminal N. H2N-N(R')(R"). H2N-R. très importante en synthèse. HN(R')(R"). une amine primaire ou secondaire. et une cétone énolisable.1b – Réaction de Mannich Dans la réaction d’aminométhylation de Mannich (1912). H C H R NH4 + O + H2C-CO-R' acide (ou base) R H3N-CH2-CH-CO-R' + H2O Schéma 10. H2NOH.N'-diacylé hémiaminal N-acylé Schéma 10.8 Avec le chlorure d’ammonium. HNR-CO-R' composés à hydrogène actif: CH CO-R R = H.52 10. une hydroxylamine.53 La réaction peut avoir lieu en milieu acide ou basique.54 : . un amide primaire ou secondaire. composés azotés: NH3. H2N-CO-R.550 Chimie organique NHCOR NHCOR C O + NH2-COR base NH2COR C . Le composé azoté peut être l’ammoniac (sous la forme du chlorure d’ammonium).53). ester OH H H CH NO2 CH CN C C H N H H indole Figure 10. aldéhyde R = groupe carboné. Le mécanisme de cette réaction en milieu acide est le suivant. schéma 10. il en résulte une cétone β-aminée (schéma 10. une hydrazine.8). cétone R = OR'. le méthanal (ou formaldéhyde) réagit à la fois sur un composé azoté et un composé possèdant un hydrogène à caractère actif (figure 10. Le sel d’Eschenmoser (figure 10. Il est directement attaqué par le carbanion issu de la réaction de la base sur le composé carbonylé : un proton est extrait d’un groupe CH ou CH2 ou CH3 situé en position α de C=O (schéma 10.9) est l’un d’eux. Dans le mécanisme réactionnel. Il en résulte une nouvelle amine appelée de manière générale base de Mannich. la formation de l’ion iminium n’a pas lieu. Les réactions d’addition sur les groupes carbonyle.551 10. Cet ion réagit avec la forme énol d’un composé carbonylé. En milieu acide.H2 O O O R' N H H H ion iminium méthanal CH2 C C H O R R' O R H H H C H H N -H C O C H C H C O H H R' N C C +H R N R' H C H C H C O base de Mannich Schéma 10.9 En milieu basique.54 L’attaque du formaldéhyde par l’azote de l’amine conduit en milieu acide à un ion iminium. et nitrile Réaction de Mannich R R R' R NH NH H R' H H R' R N C H H C O C H H C . le passage par un ion iminium a permis d’utiliser des composés préalablement préparés. dans des réactions avec divers composés carbonylés. . il est très utilisé en synthèse. L’α-hydroxy amine qui résulte de l’action de l’amine sur le formaldéhyde ne perd pas une molécule d’eau. H3 C N H3C CH2 I sel d'Eschenmoser Figure 10. imine.55). il se forme un sel. 56 : C2H5O-CH2-N(C2H5)2 C2H5OH + CH2O + (C2H5)2NH C6H5SO2NHCH3 + CH2O + HN O C6H5-SO2N(CH3)-CH2 N morpholine (CH3)2CHSH + CH2O + (C2H5)2NH (CH3)2CH-S-CH2-N(C2H5)2 Schéma 10. schéma 10. Des O. – si des excès de formaldéhyde et d’ammoniac se trouvent en présence d’un composé possèdant plusieurs hydrogènes actifs.55 La réaction de Mannich peut se renouveler plusieurs fois : – si l’ammoniac ou une amine primaire ayant été utilisé.56 O .BH CH2 C CH O R O R R' C R' N N H C H + CH . du groupe NH des sulfonamides secondaires ou du groupe sulfanyle (ou mercapto) des thiols. N ou S-aminométhylations sont possibles en raison du caractère acide du groupe hydroxy des alcools et phénols. ce qui est montré par les exemples suivants.552 Chimie organique R R R' H R' N NH H H C C H O O H Base. un excès de formaldéhyde et de composé à hydrogène actif est présent.OH C H O O C CH H H C O OH + B + H2O BH Schéma 10. . Les réactions d’addition sur les groupes carbonyle. aralkyl ou aryle.1c – Avec les esters L’addition d’ammoniac ou plus souvent d’ammoniaque.58).57). et nitrile 10. Par contre.3. Les amidines sont très utilisées en synthèse de composés hétérocycliques car elles peuvent réagir par les deux atomes d’azote avec divers composés bifonctionnels (diesters. phosgène. amide primaire R"= alkyl.57 10. Cette réaction est difficile.1d – Avec les nitriles L’addition d’ammoniac sur les nitriles en présence de chlorure d’ammonium fournit une amidine sous forme de chlorhydrate (schéma 10. R COOR' + H2N-R" ester R-CO-NHR" + R'OH R"= H .553 10. imine. . dans l’éthanol sur les esters conduit à un amide primaire. amide secondaire OR' OR' R R'O C O R R NH2 R" R CO-Cl C R O C NH2 NH R" R" O H . Tous les amides peuvent provenir de l’action de chlorures d’acides sur l’ammoniac ou les différentes amines (schéma 10.R'OH C O HN R" amide + H2N-R" R-CO-NHR" + HCl chlorure d'acide Cl Cl R Cl C R NH2 R" O R C O R C NH2 NH R" R" O H .3. voire impossible. souvent à froid. ester cétoniques…). Les amides secondaires et tertiaires résultent de la même réaction effectuée à chaud avec les amines primaires et secondaires. la présence d’un groupe électroattracteur présent sur le nitrile l’active et permet de former des amidines substituées.HCl C O HN R" Schéma 10. avec les amines primaires et les nitriles aliphatiques. HCOOH. Cl chlorhydrate d'amidine HN R R Y CN + R-NH2 C NH Si R porte un groupe électroattracteur amidine substituée Schéma 10.59 10. lesquels résultent de l’addition d’alcools sur les nitriles en présence d’halogénures d’hydrogène (voir schéma 10. . commercialisée sous forme de chlorhydrate cristallisé.1). Les oximes sont des intermédiaires dans la réaction de formation des nitriles par action du chlorhydrate d’hydroxylamine sur un aldéhyde en présence d’acide chlorhydrique concentré. Cl C NH NH2. H3 C H3 C C O H3 C C + NH2-OH hydroxylamine N-OH + H2 O H3 C oxime de la propanone Schéma 10.59).61).2 – L’hydroxylamine L’hydroxylamine. d’acide formique.60 Comme les hydrazones. réagit avec les aldéhydes et cétones pour former des oximes (schéma 10.3. et qui est commercial). les oximes dérivés d’aldéhydes ou de cétones dissymétriques ont deux configurations possibles Z et E séparables (§ 3. NHR OR R + 2 RNH2 C R + RNH3.58 Les amidines peuvent aussi être préparées par action d’ammoniac ou d’amines sur les chlorhydrates d’iminoéthers (schéma 10.30).élimination (même mécanisme que celui des amines).60) par une réaction d’addition.3. L’hydroxylamine est libérée de son sel in situ (le chlorhydrate. Le pH de la solution est important et variable d’un composé à un autre mais la valeur moyenne est de 4. le plus souvent. ou d’oxyde de sélénium.554 Chimie organique NH2 R CN + NH3 + NH4Cl C + NH3 NH2. Cl Schéma 10.3 et 3. SeO2 (schéma 10. 3. C O + NH2-NH2.H2O . La réaction effectuée avec les aldéhydes et cétones aliphatiques et les aldéhydes aromatiques fournit seulement une azine suite à une double réaction (schéma 10. HCl H R H H C N R . explosif au contact de l’oxygène. contrairement à l’hydrazine pure obtenue par déshydratation de l’hydrate par l’hydroxyde de potassium. pour donner une hydrazone dérivée par une réaction d’addition-élimination. . et qui est un composé non commercial.555 10. H2O C N-NH2 + 2 H2O hydrazone C N-NH2 + O C C N N azine Schéma 10. stable à température ordinaire. et nitrile RCH=N-OH + H2O + HCl RCHO + NH2OH. . Dans les mêmes conditions.63). NH2-NH2. est un liquide commercial communément employé.YH RCO-Y + NH2-OH OH O R C R C N-OH NH-OH Y = OR' : ester Y = X : halogénure d'acide groupe partant acide hydroxamique NH2 R C N NH R R C + NH2-OH NHOH NOH amidoxime Schéma 10. sans catalyseur.61 La déshydratation d’un aldoxime aliphatique peut aussi être le résultat de l’action de l’anhydride acétique. imine. L’hydrate d’hydrazine est une base forte qui réagit vivement avec les cétones aromatiques. composé toxique.H C OH R C H N oxime O N nitrile H Schéma 10.H2O. Les amidoximes sont formés par addition d’hydroxylamine sur les nitriles aliphatiques (schéma 10. Les acides hydroxamiques résultent de la réaction de l’hydroxylamine avec les esters ou les chlorures d’acides.63 C + H2O . Les réactions d’addition sur les groupes carbonyle. les cétoximes aliphatiques donnent lieu à une O-acétylation.3 – Les hydrazines L’hydrate d’hydrazine.62 10.62). . NO2 NO2 O2 N NH-NH2 2. ce qui permet leur identification à partir de leur sirop. très puissant cancérogène. Le mécanisme fait d’abord intervenir une tautomérie. la phénylhydrazine conduit à une phénylosazone (schéma 10.64 Les arylhydrazines. même dans le cas de présence d’impuretés. dont les réactions le plus souvent faciles avec tous les aldéhydes et cétones produisent des arylhydrazones recristallisables et à points de fusion nets. L’addition de phénylhydrazine permet la formation rapide. Lorsqu’un aldéhyde ou une cétone est α-hydroxylée. d’un composé à point de fusion précis et caractéristique de chaque sucre. H2O H3C C N-NH2 + NH2-N(CH3)2 + H2O H3C Schéma 10.64).65 Inversement.556 Chimie organique Les monoalkylhydrazines. très colorés. composés assez peu stables. stables. puis une réaction concertée à six centres avec formation d’une α-imino cétone.4-dinitrophénylhydrazine + O C O 2N aldéhyde ou cétone NH-N C + H2 O 2. comme la 2.65). inaccessibles directement (schéma 10. par réactions d’échange avec l’hydrate d’hydrazine. Le même résultat est obtenu à partir d’une α-dicétone. forme des hydrazones qui. Le cas présenté ci-dessous correspond à un aldose comme le glucose.1-diméthylhydrazine. réagissent avec tous les aldéhydes et cétones en fournissant les hydrazones correspondantes. utilisés en raison de ces propriétés pour caractériser les composés carbonylés (schéma 10. à chaud dans l’éthanol. Cette réaction est très importante pour la caractérisation des sucres. sont des composés solides. permet l’accès aux hydrazones non substituées de cétones ou d’aldéhydes.4-dinitrophénylhydrazine. toxiques et cancérigènes.66).4-dinitrophénylhydrazone d'aldéhyde ou de cétone Schéma 10. composés dont la cristallisation est difficile à partir des sirops. des tables de points de fusion d’arylhydrazones permettent de déterminer la cétone ou l’aldéhyde qui a été testé lorsque le composé carbonylé est inconnu. H3C H3 C C O + C NH2-N(CH3)2 H3 C H3 C N-N(CH3)2 + H 2O NH2NH2. La réaction d’addition-élimination effectuée avec chacune des fonctions et de deux molécules de phénylhydrazine conduit à la phénylosazone. pour la plupart liquides. La 1. H 2O H H N N H Ph C H C O H N-NH-Ph H 2 Ph-NH-NH2 N-NH-Ph H C N C H O Ph NH H C C H N H C + PhNH2 C O .NH3 Schéma 10.557 10. le mécanisme est le suivant. imine. schéma 10. et nitrile O H C C 3 Ph-NH-NH2 H C O N-NH-Ph H H H C . Les réactions d’addition sur les groupes carbonyle.67 : OH H C H C O H H C OH C H + 3 Ph-NH-NH2 .66 Dans le cas du fructose. α-hydroxy cétone.H2 O N-NH-Ph + Ph-NH2 + NH3 aniline phénylosazone O H C Ph-NH-NH2 H C O .H2 O C H C C N-NH-Ph N-NH-Ph N-NH-Ph 2 Ph-NH-NH2 .67 H O N H H NH-Ph O C C + PhNH2 NH .NH3 phénylosazone Schéma 10.H2O C C N-NH-Ph + Ph-NH2 + NH3 N-NH-Ph H H C O H + Ph-NH-NH2 O H C C . 3. la réaction a lieu deux fois ce qui conduit à des N.H 2O NHR' H C H C N R N NHR' R configuration Z configuration E Schéma 10. par exemple.H 2O RCONHNH2 RCOCl RCONH-NHCOR .4-oxadiazole O COCl2 = phosgène 1. H2O R C NHNH2 hydrazidine Schéma 10. composés importants pour la synthèse de composés hétérocycliques comme. H2O -HCl .69.H 2O RCONH-N=CHAr acylhydrazone N COCl2 .4-oxadiazolin-2-ones. par simple addition.H 2O NH R O . des hydrazidines (3).N'-diacylhydrazine NH (3) R C N + NH2-NH2. Avec les chlorures d’acides. O (1) R C OH O + NH2-NH2.68 L’hydrazine et les monoalkylhydrazines réagissent avec les esters dans l’éthanol à l’ébullition pour former des acylhydrazines appelées aussi hydrazides (schéma 10.3.HCl N.68). H2O . Avec les nitriles.3.69 NH2 R C NNH2 .N’diacylhydrazines (2).R'OH R C R C NH-NH2 OR' N-NH2 acylhydrazine ou hydrazide RCONHNH2 + ArCHO . l’hydrazine et les monoalkylhydrazines forment. H C O + NH2-NHR' R .3.4-oxadiazoles et 1.2 HCl N O N R Ar O 1.558 Chimie organique Les hydrazones substituées présentent des configurations E (ou anti) et Z (ou syn) (schéma 10.4-oxadiazolin-2(3H)-one (2) RCOCl + NH2NH2. les 1. 1). 70 Parfois. Dans le cas de la condensation benzoïnique (§ 10.4-dinitrophénylhydrazones.8 et 10. L’ensemble « addition + élimination » correspond à ce qui est appelé une « condensation » entre deux molécules.3. CH2 ou CH3 situé en position α d’un groupe électroattracteur -I. représentent un cas plus complexe dans les réactions d’addition sur les groupes considérés en raison de la variation du caractère ionique de la liaison entre R et le métal qui est fonction de la nature du métal et des conditions expérimentales. attaquent tout centre électrophile présent dans le milieu et plus particulièrement le carbone des fonctions indiquées.4 Additions faisant intervenir un carbanion Comme cela a été indiqué au paragraphe concernant les carbanions (§ 6. d’un alcoolate ou d’un amidure alcalin.6). C’est pourquoi leurs réactions sont traitées aux paragraphes 10. cétone ou ester). Les réactions d’addition sur les groupes carbonyle. en produisant respectivement des semicarbazones et thiosemicarbazones (schéma 10. et plus particulièrement de la polarité du solvant utilisé. mais aussi imine ou nitrile ont ce caractère et permettent de former facilement des carbanions par action d’une base alcaline. 10. Sitôt formés.4 – La semicarbazide et la thiosemicarbazide Les aldéhydes et cétones réagissent avec la semicarbazide (commercialisée sous forme de chlorhydrate et libérée par addition de carbonate de sodium) ou la thiosemicarbazide.68). l’ion cyanure. RLi et RMgX. leurs formations nécessitent le retrait par une base d’un hydrogène acide de CH.10.65).9. schéma 10.13). L’addition est suivie dans la plupart des cas de l’élimination d’une petite molécule (le plus souvent. imine. Ils présentent des configurations E et Z comme les hydrazones (schéma 10. eau ou alcool). Les groupes carbonylés (aldéhyde.H2 O R' NH-CX-NH2 C N R' et R C X = O semicarbazide X = S thiosemicarbazide R' N NH-CX-NH2 X = O semicarbazone X = S thiosemicarbazone Schéma 10. le carbanion est issu d’une réaction entre un aldéhyde aromatique et un anion alcalin.70). Les composés organométalliques. . R R C O + H2N-NH-CX-NH2 . et nitrile 559 10. réactifs nucléophiles. ces carbanions. un milieu acide est nécessaire pour activer la réaction. Ces dérivés sont des solides très facilement cristallisables à points de fusion nets ce qui permet de les utiliser pour caractériser les composés carbonylés dont ils sont issus (de manière analogue aux 2. les aldols dérivés d’aldéhydes sont assez facilement obtenus. Avec la propanone (acétone). KOH et plus rarement le t-butoxyde de potassium. aralkyl 2 CH3-CHO éthanal 2 CH3-CO-CH3 NaOH. et une technique particulière qui permet d’extraire l’aldol au fur et à mesure de sa formation. en milieu basique. H2O R1 O C H R1 R C C C O OH R2 aldol R = H cétol R = alkyl. pour former un carbanion (schéma 10. la 2-méthyl-2-hydroxypentan-4-one (ou diacétone alcool) est formée avec un très faible rendement.HO C H O H C β H O H ion alcoolate Schéma 10. Toutefois. H2O CH3-CH(OH)-CH2-CHO bon rendement 3-hydroxybutanal NaOH. Ce carbanion réagit sur une nouvelle molécule d’aldéhyde ou de cétone qui n’a pas encore subi l’action de la base. D’une manière générale. . .71 aldol (β-hydroxy aldéhyde) . le rendement peut être augmenté par déplacement de l’équilibre vers la droite. le plus souvent NaOH. qui. il n’en est pas de même pour les cétols.4.H2O C C C C C O O H H O H C H C O C C O H C H C C O H C α C C H O + H2O. C’est la réaction d’aldolisation (ou de cétolisation selon le cas).71). en utilisant la baryte. Avec l’éthanal. H2O (CH3)2C(OH)-CH2-CO-Me mauvais rendement propanone 2-méthyl-2-hydroxypentan-4-one (diacétone alcool) H C H + HO .1 – Aldolisation (et crotonisation) Le composé carbonylé (aldéhyde ou cétone) qui possède CαH. Aldolisation (en milieu basique) R2 R1 C C 2 H R R2 H NaOH. en présence de l’eau du milieu. on obtient le 3-hydroxybutanal avec un bon rendement. CαH2 ou CH3 en α du groupe carbonyle est attaqué par une base. Il se forme alors un ion alcoolate. Ba(OH)2.560 Chimie organique 10. capte un proton avec création d’une molécule d’aldol (à partir de deux molécules d’aldéhyde) ou de cétol (à partir de deux molécules de cétone). il est aussi en équilibre avec sa forme énolique. Crotonisation (milieu basique) R R2 H R1 C H R1 R . c’est la crotonisation.72) est plus difficile qu’en milieu acide. le composé carbonylé est en équilible avec un carbocation. ce qui influe sur sa facilité.H-OH HO C C C O OH R2 H C O R2 C C C R1 aldol (R= H) ou cétol R2 H aldéhyde (R = H) ou cétone α. En milieu acide.74.H-O-H aldéhyde (R = H) ou cétone α.β-insaturé CH3-CH(OH)-CH2-CHO . Ils sont présentés dans les schémas 10. L’équilibre est favorisé vers la gauche pour les cétones ce qui n’est pas le cas en milieu basique. respectivement des aldéhydes et cétones D.H-OH H3C H3C C CH-CO-CH3 H3C 2-méthyl-2-hydroxypentan-4-one ou diacétone alcool H HO α C C 4-méthylpent-3-én-2-one ou oxyde de mésityle R O C O C H C β H + HO C C O H H H aldol R C . conduit presque exclusivement à une cétone α. Le carbocation formé à partir d’une première molécule attaque la double liaison de la forme énol d’une seconde molécule ce qui conduit à un nouveau carbocation.β-insaturé Schéma 10.72 L’aldolisation en milieu acide (schéma 10. Les réactions d’addition sur les groupes carbonyle. et nitrile 561 Une réaction secondaire accompagne l’aldolisation et la cétolisation. Les mécanismes de ces réactions sont différents selon le milieu. La crotonisation de l’aldol en milieu basique (schéma 10. Par ailleurs.β-insaturée. suite à une crotonisation immédiate. Il est en équilibre avec l’aldol et un proton.10.72 et 10.H-OH HO CH3-CH=CH-CHO but-2-ènal 3-hydroxybutanal ou crotonaldéhyde H3C HO C(OH)-CH2-CO-CH3 . Le chauffage en milieu basique ou acide conduit à une déshydratation de l’aldol ou du cétol qui fournit des composés stabilisés par résonance.73). plus spécifique des cétones en raison d’un faible rendement en milieu basique. imine. .E-insaturés. H . Crotonisation (en milieu acide) H H R C C R2 R2 O C H C R R2 H R2 R C C C R . .73 Le proton attaque alors le groupe hydroxy de l’aldol (ou du cétol) ce qui conduit à l’élimination d’une molécule d’eau et à la production du composé carbonylé α.562 Chimie organique Aldolisation ou cétolisation (en milieu acide) R1 R2 R C C H R1 H R2 C O R1 R C R2 H C C H H O R H O carbocation R1 R2 R1 R C R C C H R2 O énol R R2 H C R2 O O R1 C R2 R C C O H R C H H H C R2 H O R1 C R C R2 R C R1 R C H O R1 R2 R1 C C H O équilibre céto-énolique R1 C O H aldol R =H cétol R = alkyl Schéma 10.β-insaturé aldol (R = H) ou cétol Schéma 10.β-insaturé.H 2O H H O O O H H R2 R C C O H H H R2 C C R H aldéhyde (R= H) ou cétone α.74 . O O H3C CH2 C CH3 O HO H3C CH2 C CH3 H3C CH2 C CH2 + H2O -HO butanone C2H5 OH O C CH2 C CH3 C2H5 5-hydroxy-5-méthyl-heptan-3-one Schéma 10. Pour deux cétones différentes les résultats sont de même nature. Lorsqu’un des deux aldéhydes ne possède pas d’hydrogène en α. c’est l’aldéhyde qui est attaqué par le carbanion formé à partir de la cétone. . pour des cétones aliphatiques. Les réactions d’addition sur les groupes carbonyle. le résultat est fonction de la nature des substituants du groupe carbonyle. et n’obtenir que l’aldol. – Un aldéhyde et une cétone : si l’aldéhyde et la cétone possèdent chacun un hydrogène en α du groupe carbonyle. Lorsqu’on souhaite effectuer une addition régiosélective. moins basique que la soude. – Deux aldéhydes différents : quatre aldols sont susceptibles d’être obtenus auxquels il faut ajouter les quatre composés insaturés issus de la crotonisation.75 Les réactions entre deux aldéhydes ou cétones différents. la formation du carbanion le plus stable est favorisée.10. seulement deux aldols peuvent se former. ou entre un aldéhyde et une cétone sont possibles.76). il est préférable de préparer un dérivé stable de l’énol qui doit intervenir dans la réaction. Ce dérivé stable peut être un dérivé silylé (O-triméthylsilyle) préparé par action du chlorure de triméthylsilyle en présence d’une base comme la triéthylamine. En milieu acide. Si la cétolisation est effectuée avec une cétone dissymétrique. ce qui peut s’exprimer. on utilise le carbonate de potassium. imine. par une condensation à partir du groupe qui porte le plus d’atomes d’hydrogène (schéma 10. Ce carbanion peut réagir sur un groupe aldéhyde du milieu ce qui peut conduire à des polymères. et nitrile 563 Il faut noter que l’aldol étant un aldéhyde. En général. plus particulièrement dans le cas d’aldéhydes de faibles masses. La réaction est alors catalysée par du tétrachlorure de titane TiCl4 (réactif de Mukayama). l’aldol « mixte » qui résulte de la réaction entre les deux types d’aldéhyde est prépondérant (réaction de Claisen-Schmidt).75). K2CO3. Pour éviter cette réaction secondaire. La déprotection du groupe hydroxy est réalisée par addition d’eau au milieu (schéma 10. Plusieurs cas sont à envisager. il est susceptible de former un nouveau carbanion en présence de soude. L’équivalent de cette réaction avec des diesters est la réaction de Dieckmann (§ 10.76 La condensation d’aldéhydes aromatiques avec de simples aldéhydes aliphatiques ou des méthylcétones en présence d’une solution de potasse (à 10 %) présente un intérêt particulier car elle permet l’accès à des aldéhydes ou cétones α. comme l’octane-2. CH3 C H2C H2C O H3C O CH2 C CH2 HO CH3 OH C H2 C CH3 O CH H2C CH2 octane-2.H2 O O C H2C H2 C C CH3 CH2 1-(2-méthyl-cyclopent-1-ènyl)-éthanone Schéma 10.77 D’autres méthodes comme l’utilisation d’un acétal à la place de l’aldéhyde lui-même permettent aussi une addition régiosélective.2).β-insaturées aromatiques : c’est la condensation de Claisen-Schmidt (1881) (schéma 10.78). Les réactions d’aldolisation-crotonisation intramoléculaires sont possibles plus particulièrement pour des composés dicarbonylés susceptibles de former des cycles à 5 ou 6 éléments.4.7-dione (schéma 10.77).564 Chimie organique H R1 CH2 R1 C H C C O R2 C R3 C O SiMe3 C + R2 R3 R2 TiCl4 O O SiMe3 C Et3N R2 R3 R4 H C O C H R1 C R1 ClSiMe3 OH R1 . CH2-CHO Ar-CH=CH-CHO ArCHO CH2COMe 3-aryl-propènal Ar-CH=CH-CO-Me 4-aryl-but-3-èn-2-one Schéma 10.78 .ClSiMe3 C O Cl Ti Cl R2 H2O Cl R4 R3 C C OH H R1 C O R2 Schéma 10.7-dione CH3 . Si l’élimination d’une molécule d’eau est possible. base O O O cyclohexanone H2C CH (réaction d'addition de Michael) H 3C CH2 O CH2 O CH3 O base . et un ester α. R2 C O R1 R1 COOR B .80 Ce carbanion réagit sur le groupe carbonyle de l’aldéhyde ou de la cétone pour former un β-hydroxy ester.5.8-hexahydro-3H-naphtalèn-2-one Schéma 10. un aldéhyde ou une cétone. La première phase du mécanisme est identique à celle indiquée ci-dessus.2) est à l’origine de la condensation de Stobbe (1893) (schéma 10. imine.80). Les réactions d’addition sur les groupes carbonyle. Cette réaction (proche de la réaction de Claisen qui fait intervenir deux esters.H 2O O 4. LiNH2. elle a lieu. au lieu d’additionner un proton du milieu pour former un β-hydroxy ester.79). il se forme préférentiellement le carbanion dérivé de l’ester.H2O C R4 C R2 R4 R2 R3 et COOR C R3 C COOR Schéma 10.7.β-insaturé est obtenu (schéma 10. Ph3CNa…).4.79 L’aldolisation peut avoir lieu entre d’une part un ester et d’autre part.4a. NaH. En milieu basique fort (NaOEt. attaque le groupe carbonyle de la fonction ester ce qui conduit à .81) entre un succinate ou ses dérivés et un aldéhyde ou une cétone.BH R2 C COOR R3 C R4 puis H H R3 si R1 = H R4 C OH R2 C COOR R3 C OH R4 R2 C R1 H COOR .565 10. L’anion alcoolate intermédiaire. § 10. et nitrile Ces cyclisations sont à la base de la réaction d’annellation de Robinson (1937) très utile pour la synthèse de composés polycycliques (comme certains stéroïdes et terpènes) (schéma 10. .6. Dans ce cas. une lactone. Ce composé que l’on peut isoler réagit de nouveau si un excès de formaldéhyde est présent.83). Il ne s’agit donc pas d’une addition sur un groupe carbonyle : le résultat est alors un composé 1. selon une réaction de Cannizzaro croisée (§ 10. le groupe OR de l’ester est substitué par le groupe issu du carbanion. Le formaldéhyde et le composé carbonylé donnent lieu à une aldolisation croisée ce qui conduit à une cétone ou aldéhyde β-hydroxylé. -BH CHO C H CHO O C OR O C OR C H CHO .566 Chimie organique une substitution nucléophile du groupe OR de l’ester et la formation d’un ester cyclique.1) avec formation d’acide formique et d’un 1. une réaction particulière fait intervenir le formaldéhyde sur les cétones et aldéhydes énolisables en présence d’hydroxyde de calcium comme base.82 Enfin.5. COOEt COOEt CH2 COOEt C O H C H C EtO COOEt COOEt C CH2 CH2 CH2 EtOOC .γ-insaturé par ouverture du cycle lactonique (la fonction ester est facilement saponifiée et l’acide correspondant décarboxylé). .81 Il est parfois possible que la réaction entre un ester et un aldéhyde ou une cétone s’inverse : le carbanion formé à partir de l’aldéhyde ou de la cétone attaque le groupe carbonyle de l’ester COOR. Le carbanion qui en résulte conduit à un sel d’acide β.OR O C C H CHO Schéma 10.82).3-dicarbonylé (schéma 10. La base extrait un proton en α de la fonction ester restante. C’est la réaction de Tollens (1891) (schéma 10. H2 C B.EtOH H2C O C O C C O O O Schéma 10.3-diol.EtO C H2C O O C C O OEt O H C cycle lactonique EtOOC C EtOOC H C EtOOC C C EtO H2C O C C H2C . et nitrile Aldolisation croisée Base C C CHO CHO H2C=O puis H H C H C H OH Réaction deCannizzaro croisée C CHO H C H H2C=O C CH2OH H C H CHO + HCOOH OH OH Schéma 10.83 La réaction d’un aldéhyde ou d’une cétone portant un groupe CH 2 ou CH3 en position α (2 ou 3 hydrogènes acides) en présence d’un large excès de formaldéhyde conduit à des polyols (schéma 10. H CHO Base.84 Cette réaction a lieu aussi avec d’autres molécules ayant un groupe électroattracteur comme NO2. imine.4.86).85 10. sans la réaction de Cannizzaro dans ce cas.85). Les réactions d’addition sur les groupes carbonyle. CH3-NO2 Base. évidemment (schéma 10.84). .2 – Réactions de Claisen et de Dieckmann La réaction de Claisen (1887) consiste à condenser deux molécules d’un ester RCOOR’ possèdant un groupe méthylène ou méthyle en D pour former un ester β-cétonique (schéma 10. H2C=O excès HO-CH2-CH2-NO2 nitrométhane 2-nitroéthanol Schéma 10.567 10. H2C=O excès CH2OH CH2OH + HCOOH CH2OH H Schéma 10. 87 O H R C C C H C O R' .R'OH O R C C H R C C O H R O R' O Schéma 10. élimination de OR’ du groupe COOR’. ici l’alcoolate (mais on peut utiliser aussi NaH.87). la différence avec l’adduit de l’aldolisation est que celui-ci possède un groupe partant OR’. et enfin. cet adduit élimine un ion alcoolate pour former le β-cétoester. Il y a d’abord formation d’un carbanion sous l’action d’une base. H O R C R' H . Ph3CNa dans des solvants non polaires) puis addition sur le groupe carbonyle d’une seconde molécule d’ester.86 C’est une réaction (schéma 10.568 Chimie organique O 2 R CH2 O OR' C R . Si le mécanisme de formation de l’adduit est identique à celui de l’aldolisation. Au lieu d’additionner un proton comme dans l’aldolisation.R'OH OR' CH C OR' C O CH2 R 2 CH3COOEt EtONa CH3COCH2COOEt + EtOH Schéma 10. dont les deux premières étapes sont semblables à celles de l’aldolisation. NaNH2.R'OH C O R C H R' C O R C C O O R' O H O R' O R' H O R C R' H C O R C O R' H C R C O H O R' R C C H O R O C O C R' C O H O H R' C H H R C O . Les réactions d’addition sur les groupes carbonyle.88) : O R C H C COOEt R' O R C OEt H C COOEt R' O R C + OEt H C COOEt R' OEt Schéma 10. les esters de formule générale (R1)(R2) CH-COOR sont inaptes à la réaction de Claisen dans les conditions normales car il n’est pas possible avec eux de former un carbanion de cétoester. la réaction de rétro-Claisen à partir de β-cétoester permet le retour à deux esters (schéma 10. ce qui n’est plus possible si l’ester mis en réaction ne possède qu’un groupe méthyne CαH. et des malonates (schéma 10. il est important de savoir que le catalyseur. est formé par addition d’un équivalent de sodium métallique à moins d’un équivalent d’alcool absolu. KH ou NaNH2 permet le retrait de cet hydrogène et le déplacement de l’équilibre. vers la droite. ArCOOR' esters d'acides aromatiques RCH2COOR' HCOOR' formiates ArCOCH(R)COOR' α-aroyl ester HCOCH(R)COOR' α−formyl ester (OR")2C=O R"OCOCH(R)-COOR' carbonates Schéma 10. qui conduisent respectivement à des α-aroyl esters. imine.89). Ce type de réaction de Claisen croisée est plus intéressant si l’un des esters mis en réaction ne possède pas d’hydrogène en α. dans ce cas. Ph3C-.10. comme les benzoates et plus généralement les dérivés aromatiques. La facile formation de ce carbanion très stable est importante car elle permet le déplacement de l’équilibre vers la droite.88 Les réactions de Claisen peuvent avoir lieu entre deux esters différents. La très faible concentration en ion alcoolate dans le milieu permet de former peu de carbanions par rapport à la quantité présente d’ester et de débuter ainsi la réaction. ArCOOR’. Cette acidité est plus élevée que celle de l’hydrogène de l’alcool en raison de la forte stabilisation de ce carbanion. ou les carbonates. quatre β-cétoesters sont obtenus. et nitrile 569 Pour bien comprendre ce mécanisme. L’équilibre est alors dirigé vers la gauche d’autant plus que la faible acidité de H de CH rend difficile le passage au carbanion en présence d’ion alcoolate. Dans le cas où chacun d’eux possède un hydrogène en α. en présence de deux équivalents d’ester. La réaction de Claisen étant réversible. l’alcoolate de sodium. L’emploi de bases plus fortes comme l’ion trityle. NaH. les formiates.89 malonate . Un équivalent de sodium est nécessaire car le β-cétoester consomme de l’alcoolate pour former un carbanion qui résulte de la forte acidité de l’hydrogène lié au carbone situé entre les deux fonctions carbonylées. Ainsi. α-formyl esters. Dans ces conditions. La concentration en alcoolate demeure constante en raison de la réaction de l’alcool libéré sur le sodium encore présent. la réaction de Claisen sur ce type d’esters devient possible. HCOOR. O=C(OR)2. et placées de telle sorte que la formation d’un β-cétoester cyclique soit possible.3-dione-1. Les cycles à 5. 6 et 7 chaînons sont assez facilement obtenus. C’est le cas du succinate d’éthyle.4-dicarboxylate d'éthyle Schéma 10.90 Le même type de réaction appliqué à un mélange d’oxalate d’éthyle et de glutarate d’éthyle permet d’accéder au cyclopentane-2.90).92) est une réaction de Claisen intramoléculaire spécifique des molécules possèdant deux fonctions esters dont l’une au moins possède un hydrogène en α. Par contre les grands cycles supérieurs à 7 chaînons sont plus difficilement accessibles : une très haute dilution favorise leurs formations dans la mesure où elle restreint les réactions intermoléculaires.4-dicarboxylate d’éthyle (schéma 10. qui. COOEt OEt CH2 H2C C O EtO + O C CH2 H2C EtO COOEt H2C O C EtO COOEt OEt CH C O COOEt CH CH2 HC COOEt succinate d'éthyle C H2C O C CH O CH2 COOEt cyclohexane-2.570 Chimie organique Certains diesters permettent de former des composés cycliques par une double réaction de Claisen.4dicarboxylate d’éthyle (schéma 10.5-dione-1. On peut aussi effectuer dans certains cas la réaction selon le mode opératoire classique (décrit pour la réaction de Claisen). K).5-dione-1. On peut utiliser dans cette réaction les métaux alcalins (Na. forme un dérivé du cyclohexane.91). EtO C EtO C O H2 C CH2 + O COOEt COOEt O EtO H2 C O C C COOEt oxalate d'éthyle glutarate d'éthyle CH CH2 CH COOEt cyclopentane-2.4-dicarboxylate d'éthyle Schéma 10. en présence de sodium ou d’éthylate de sodium. le cyclohexane-2. La réaction a lieu le plus souvent dans le benzène à chaud. Le mécanisme est proche de celui de la réaction de Claisen.91 La réaction de Dieckmann (1894)(schéma 10. leurs hydrures ou leurs amidures. .3-dione-1. 571 10. c’est-à-dire celui formé par retrait d’un proton du carbone α non substitué (schéma 10. O RCH2 C R' + R1 COOR2 base puis H2O O R1 C O CH C R' C N R β-dicétone RCH2 C N + R1 COOR2 base puis H2O O R1 C CH R nitrile β-cétonique Schéma 10. c’est pourquoi elle est présentée ici (schéma 10. imine.92 Si un groupe alkyle est présent en position α d’un des deux groupes esters. c’est le carbanion le plus stable qui se forme.93). COOEt H2C CH2 COOEt H2C CH OEt C R Na H2C CH H2C CH O R COOEt H2 C OEt C H2 C O CH C CH O R R = alkyl Schéma 10.94). et nitrile H2C CH2 COOEt H2C CH2 C Na OEt . Les réactions d’addition sur les groupes carbonyle.93 Bien que l’acylation des cétones et nitriles par les esters ne soit pas une réaction de Claisen classique.1/2 H2 O H2C H2 C O COOEt COOEt CH C C H2 CH OEt C O C H2 Na H2 C OEt H2C CH2 C hexanedioate d'éthyle H2C COOEt Na H2C CH COOEt O C H2C H C H 2C COOEt Na O CH C O H2 C C H2 + EtONa H2 C C H2 + EtOH 2-oxo-cyclopentanecarboxylate d'éthyle Schéma 10.94 . de nombreux chimistes se réfèrent à cette appellation pour la désigner. un aldéhyde β-cétonique ou un ester β-cétonique (schéma 10. une β-dicétone ou un nitrile β-cétonique est obtenu. et après élimination du groupe OR’.572 Chimie organique Il s’agit de faire réagir des carbanions issus de cétones ou de nitriles ayant un groupe méthylène en α sur des esters aliphatiques en présence de bases fortes comme l’hydrure ou l’amidure de sodium. Si l’ester est un formiate. (Remarque : R dans le schéma 10.95) ou nitriles β. ce qui peut conduire à des tricétones (schéma 10.OR2 R1 C O H2 C C puis H2O CR C O O R1 C O R1 H2 C C CHR Schéma 10. respectivement. (RO)2CO.) O H3C C CH2R O O NaNH2 H2 C C O H2C C CH2R O R1 C OR2 H2 C C O R1 C OR2 O O H2 C C CH2R CH2R .δ-dicétoniques.95 Une seconde réaction de la β-dicétone ou du nitrile β-cétonique est possible si un excès de base et d’ester sont présents. et d’une manière plus générale.95 est alkyle. pour toutes les cétones. le carbanion le plus stable.OR2 R1 C O CH2R H 2C C CH2R β-dicétone O R1 C OR2 (excès) O base (excès) O R1 C O HC C CH2R .96). on obtient à partir d’une cétone. HCOOR. . Les cétones dissymétriques aliphatiques forment un carbanion à partir du substituant ayant un maximum d’hydrogènes en α du groupe carbonyle. Ces carbanions attaquent le groupe carbonyle de l’ester RCOOR’. ou un carbonate. selon le cas. selon le cas. NO2.96 Des réactions secondaires entre deux molécules d’esters (Claisen) ou de cétones (cétolisation) sont observées. CHO.3 – Réaction de Knoevenagel ou Doebner-Knoevenagel Un carbanion formé à partir d’une molécule de formule générale X-CH2-Y. X C=O + H2C Y X base . sont électroattracteurs -I comme COOR.98). les sels d’acides carboxyliques génèrent des carbanionssels d’acides.97 Cette méthode d’acylation des acides est peu utilisée pour les acides de formule générale (R)(R’)CH-COOH qui sont acylés par les chlorures d’acides plutôt que par les esters après formation du carbanion.573 10. attaque un aldéhyde ou une cétone dépourvu. dans la plupart des cas. élimine une molécule d’eau avec formation d’une double liaison (schéma 10. CN. H R-CH-COO R-CH(COR')COOH . On peut ajouter à ces réactions des esters avec les cétones et nitriles. COOH.98 X C C Y .97). imine. qui réagissent avec les esters aliphatiques pour produire des acides β-cétoniques après acidification. celles des sels d’acides carboxyliques. Les réactions d’addition sur les groupes carbonyle. conduit à un composé hydroxylé qui. En effet. ainsi que la réaction d’un carbanion issu de l’ester s’il porte un méthylène en α sur la cétone ou le nitrile. différents ou identiques. et parfois X-CH3. COR. sous l’action de diisopropylamidure de lithium.4. Il s’agit d’une addition–élimination : une condensation.CO2 R-CH(COR')COOH R-CH2-CO-R' Schéma 10. et nitrile O RCH2 C R' + H COOR2 O base H puis H2O C CH C R' R formiate aldéhyde β-cétonique O C R' + R1O COOR1 RCH2 O O base R1 O puis H2O C O CH C R' R ester β-cétonique carbonate Schéma 10. (i-Pr)2NLi.H2 O C C Y OH H l'élimination n'est pas générale Schéma 10. SO2R. (i-Pr)2NLi R-CH2-COO R'COOR" puis H2O. d’hydrogène en α du groupe carbonyle. le plus souvent. Leurs décarboxylations permettent la formation de cétones (schéma 10. 10. pour laquelle les groupes X et Y. comme les aldéhydes aromatiques. seuls. la pipéridine.β-insaturé. les aldéhydes réagissent avec le malonate d’éthyle dans les conditions classiques. Il en résulte le benzylidènemalonate d’éthyle (schéma 10.CO2 Ph H C H C COOH acide trans-cinnamique Schéma 10.100). la pyridine. le tétrahydrofurane (THF).100 Le même résultat est obtenu en effectuant la réaction de condensation avec l’acide malonique. la quinoléine. la réaction est plutôt effectuée en présence de pipéridine comme base. . la triéthylamine.H2O C C COOEt H H benzylidènemalonate d'éthyle B Schéma 10.BH HC COOEt COOEt O C Ph + HC H COOEt H COOEt O COOEt Ph C C COOEt BH . Il s’agit dans ce cas de la réaction de Doebner (1900). dans le THF ou le dioxane. voire des sels métalliques fluorés (CsF. KF ou RbF). Avec les aldéhydes aliphatiques. le tétrachlorure de titane comme catalyseur. des aminoacides. CH2(COOH)2. le benzène.99 L’hydrolyse des fonctions esters du benzylidènemalonate d’éthyle conduit à un diacide éthylènique instable dont une fonction se décarboxyle pour donner finalement un acide α. Pour effectuer cette réaction avec les cétones.EtOH Ph COOH C H C COOH . on utilise en plus de la pyridine.BH . Sauf cas exceptionnels. Ph COOEt C H C COOEt H2O . l’acide trans-cinnamique (schéma 10. La réaction s’effectue dans les alcools (souvent l’éthanol). COOEt H2C COOEt B . mais aussi certaines amines primaires ou secondaires. La réaction de Knoevenagel (1896) la plus classique est celle qui fait intervenir le malonate d’éthyle avec le benzaldéhyde en présence de pyridine. l’acétamide.99). ou le dioxane parmi d’autres en fonction de la base.574 Chimie organique Les bases utilisées sont la pyridine.B Ph C H H COOEt O C COOEt H H malonate d'éthyle H COOEt O Ph C C COOEt H COOEt Ph . imine.102 : Ph C O Ph KOH + CH3-CN C Ph Ph benzophénone + H 2O CN 3.H2 O Li CH2COOEt H C C H NO2 OH CH2COOEt (1-hydroxy-cyclohexyl)-acétate d'éthyle Schéma 10. et nitrile D’autres exemples de condensation de Knoevenagel sont donnés dans le schéma 10. schéma 10.101 La réaction a été étendue à de nombreuses molécules ne possèdant qu’un seul groupe électroattracteur Y de formules générales CH3-Y. RCH2Y et (R)(R’)CHY.3-diphényl-acrylonitrile R C O + CH3 NO2 R C H KOH nitrométhane R C CH2-NO2 R OH CH2COOEt R R O O + Li . . Les réactions d’addition sur les groupes carbonyle. CO-CH3 Ph-CH=O + COCH3 Et2NH H2C Ph COOEt O + COOEt CN CH3COONH4 H2 C + H 2O C 2-acétyl-3-phényl-acrylate d'éthyle acétylacétate d'éthyle CN C H COOH COOH cyclohexanone O acide cyanacétique COOH CHO + CH2 acide cyano-cyclohexylidène-acétique pyridine CH COOH + H2O C H O COOH furfural + H 2O C acide 3-(furan-2-yl)-acrylique + CO2 Schéma 10. capables de former un carbanion sont aussi susceptibles de réagir avec les cétones et aldéhydes pour fournir un composé hydroxylé.575 10.101.102 Certaines molécules de formules générales. comme dans les exemples suivants. Ce sont de puissants nucléophiles. composés très utiles en synthèse en raison de leur facile réduction en dérivés d’alcool allylique. RC≡CH. supérieurs à l’ion cyanure –CN. est hydrolysé en fournissant l’acide trans-cinnamique ou ses dérivés et l’acide dont dérive l’anhydride d’acide.4.576 Chimie organique 10. par hydrogénation en présence du catalyseur de Lindlar (palladium sur carbonate de calcium empoisonné au plomb) (schéma 10. Un exemple est donné pour la réaction entre le benzaldéhyde et l’anhydride acétique en présence d’acétate de sodium (schéma 10.5 – Réaction de Perkin La réaction d’un aldéhyde aromatique avec un anhydride d’acide en présence du sel de cet acide servant de base à la réaction est appelée réaction de Perkin (1868). Elle permet la synthèse de dérivés de l’acide 3-phénylpropènoïque ou acide trans-cinnamique. La réaction s’effectue à l’ébullition de l’anhydride. . Le premier composé formé est un anhydride mixte qui. L’anhydride d’acide sert de solvant. dont les alcynes terminaux.103).4. sont acides et peuvent être convertis en acétylures dans l’ammoniac liquide par l’action de bases fortes comme les amidures alcalins. Ils s’additionnent sur les aldéhydes et cétones en produisant des dérivés d’alcool propargylique.104). C H C NaNH2 Na C R NH3 liquide C C C R C C R + NH3 H2 catalyseur de Lindlar O C puis H+ C C R OH C C H C H R OH OH Schéma 10. de formule générale. par addition d’eau.103 10.4 – Carbanion acétylure Les hydrogènes portés par l’acétylène et ces dérivés monosubstitués. La présence d’un substituant électroattracteur sur l’aldéhyde la favorise.577 10. Les réactions de Perkin ont lieu aussi avec les aldéhydes vinylogues d’aldéhydes aromatiques. 10.105 COOEt -X R C C COOEt ester glycidique .4. imine. et nitrile O H3C O C CH3COO Na O H 3C C H3 C C O .β-époxyesters) dérivés de l’oxirane (schéma 10.105).H 2O CH2 C CH3COOH O . R H R COOEt + NaOEt C Na X C O R C X COOEt COOEt + EtOH X ester α-halogèné O C C O R C X Schéma 10. les esters αhalogénés se condensent avec aldéhydes et cétones en formant des esters glycidiques (ou α.CH COONa 3 O C O C H O H3C Ph O C CH2 C O OH H3C C C O O Ph C H O Ph CH C O COOH O C O CH CH H2O acide trans-cinnamique C CH3 O + CH3COOH anhydride mixte : R-CO-O-CO-R' Schéma 10. La plupart des aldéhydes aromatiques y compris hétérocycliques donnent lieu à cette réaction.6 – Condensation de Darzens (ester glycidique) En présence d’une base comme un alcoolate ou un amidure alcalin. Le carbanion formé effectue ensuite une réaction de substitution intramoléculaire SN2 qui conduit à une cyclisation en oxirane.104 La réactivité de l’anhydride est fonction de l’acidité des hydrogènes du groupe CH2 en α.CH3COOH C H2C O O anhydride acétique H Ph H 2C C H O C Ph O O H 3C H Ph O C CH2 C OH H3C . Ar-CH=CH-CHO. Les réactions d’addition sur les groupes carbonyle. La réaction de Darzens (1904) débute comme une réaction de Knoevenagel. 578 Chimie organique Dans cette réaction. cétimines. et ceux de formule générale (R1. ils éliminent une molécule d’isobutène en donnant l’acide qui se décarboxyle en cétone ou aldéhyde (schéma 10. il est possible de former d’abord le carbanion intermédiaire par l’action du bis(triméthylsilyl)amidure de lithium (THF. tous α-halogénés.R2.5 Réactions faisant intervenir le transfert d’un ion hydrure du groupe aldéhyde 10.H . il se forme un aldéhyde (ou une cétone) suite à une décarboxylation et à une ouverture du cycle (schéma 10.R3)C-CHO se prêtent à cette réaction de transfert d’un ion hydrure de leur groupe CHO vers une molécule identique (réaction de Cannizzaro (1853)). S’il est chauffé en milieu acide. O O R C C O O R C CH2 + C H3C H O H3C ∆ H3 C isobutène C C OH O H C R C CH2 CH3 glycidate de t-butyle Schéma 10. H O O R R NaOH. Le résultat est . H2O COOEt puis H C . sulfoxydes. La réaction parasite souvent rencontrée est l’aldolisation des aldéhydes ou cétones.106). Les aldéhydes aromatiques ArCHO. Par chauffage.5. non énolisables car cette réaction nécessite l’action d’une base forte comme l’hydroxyde de sodium. . HCHO.107 10. Les aldéhydes aromatiques et les cétones réagissent bien tandis que les aldéhydes aliphatiques donnent de mauvais rendements.CO2 O OH O R H H R O Schéma 10. –78 °C) puis d’y ajouter l’aldéhyde ou la cétone. Pour les augmenter.106 Les glycidates de t-butyle n’ont pas besoin de saponification.107). ou amides secondaires. le méthanal. L’hydrolyse alcaline des esters glycidiques conduit au sel de l’acide correspondant. nitriles. les esters α-halogénés peuvent être remplacés par des cétones.1 – Réaction de Cannizzaro Cette réaction n’est possible qu’avec des aldéhydes ne possèdant pas en position D un hydrogène susceptible d’être extrait par une base. H2O H O O Ar O H O C H Ar transfert d'ion hydrure (A) 2 Ar-CHO + HO Ar-COO + Ar-CH2-OH ROH O O Ar C Ar O O Ar C H H + C O transfert d'ion hydrure (B) Schéma 10.dans l’anion. et doublé dans le dianion. (CH3)2CH-CHO. L’aldéhyde soumis à l’action de NaOH additionne HO. Le retrait d’un proton du groupe OH par NaOH peut aussi libérer un dianion. Dans le cas du dianion (B). Un acide et un alcool sont encore obtenus.108). le transfert du proton dans la seconde partie du mécanisme se fait à partir d’une molécule du solvant protique.108 solvant O H C Ar H . A titre exceptionnel. donnent lieu à une réaction de Cannizzaro à température élevée (200 °C). et nitrile la formation de l’acide correspondant à l’oxydation de l’aldéhyde et de l’alcool qui serait formé par réduction de cet aldéhyde. quelques aldéhydes aliphatiques énolisables comme le 2-méthylpropionaldéhyde. imine. L’anion (A) ou le dianion (B) ainsi obtenu transfère un ion hydrure à une nouvelle molécule d’aldéhyde: ce retrait de H. L’ensemble de la réaction correspond à une dismutation (ou disproportionation). pour fournir un alcool. Il transfère un proton à l’aldéhyde qui a déjà additionné un ion hydrure. devenu un alcoolate.579 10. H H H Ar O H O Ar C O H C H O O C Ar O A B Ar H C O + C H O O H C Ar . Si deux aldéhydes différents sont mis en réaction. ils dérivent chacun de l’un des deux aldéhydes (voir ci-après). en présence d’hydroxyde de sodium. L’aldéhyde de départ est alors oxydé en acide. Les réactions d’addition sur les groupes carbonyle.pour former un anion (schéma 10.est largement facilité par le caractère fortement électrodonneur de O. il s’agit alors d’une réaction de Cannizzaro croisée. 110 Dans le cas d’aldéhydes aromatiques.580 Chimie organique Très souvent. et aromatiques RCHO chauffés en présence de trialkoxyde d’aluminium Al(OEt)3 conduisent à des esters RCOOCH2R correspondant aux résultats qui auraient été obtenus par réactions entre les alcools. C’est la réaction de Tischenko (1906) (schéma 10. Comme dans la réaction de Cannizzaro. Les aldéhydes α-cétoniques donnent lieu à une réaction de Cannizzaro intramoléculaire (schéma 10. 2 Ph-CHO NaOEt PhCOOCH2Ph Schéma 10. la réaction est effectuée entre le formaldéhyde (ou méthanal) et un autre aldéhyde (Cannizzaro croisé) ce qui permet la réduction de ce dernier en alcool avec un bon rendement.109 10. il y a transfert d’un ion hydrure au cours du mécanisme.5.111). dérivés respectivement de réduction et d’oxydation des aldéhydes traités. Le mécanisme est malconnu.2 – Réaction de Tischenko Si deux molécules d’aldéhydes non énolisables conduisent à un alcool et à un sel d’acide en présence de soude selon la réaction de Cannizzaro. par contre. Al (OEt)3 2 CH3 CHO CH3COOC2H5 H H3 C H3 C C H H3C C C O H O H3C C O O Al (OEt)3 H3C H H H C H O H3C C C O Al (OEt)3 O H3 C acétate d'éthyle + Al (OEt)3 Schéma 10. l’alcoolate de sodium peut être utilisé à la place du triéthoxyde d’aluminium (schéma 10. et les acides.111 . R C C O O H + H C R HO C O OH O Schéma 10.109).110). les aldéhydes aliphatiques. Le méthanal est alors oxydé en acide formique (ou méthanoïque). RCH2OH. RCOOH. H2C=O excès CH2OH CH2OH + HCOOH CH2OH H Schéma 10. . l’ester RCOOCH2R’ est prépondérant (schéma 10. sans la réaction de Cannizzaro dans ce cas.115). évidemment (schéma 10.114 Cette réaction a lieu aussi avec d’autres molécules ayant un groupe électroattracteur comme NO2.113). Les réactions d’addition sur les groupes carbonyle. Aldolisation croisée avec le formaldéhyde (réaction de Tollens) H2C=O Ca(OH)2 C CHO C CHO C CHO puis H H C H H aldéhyde énolisable OH aldol Réaction de Cannizzaro croisée C H CHO C H H2C=O HO C CH2OH + HCOOH H C H OH OH Schéma 10. Si RCHO est le plus réactif. Des réactions de Tischenko croisées sont possibles à partir de deux aldéhydes différents : deux esters sont obtenus dont les proportions sont variables en fonction de la différence de réactivité des aldéhydes.3 – Réaction de Tollens Une réaction particulière fait intervenir le formaldéhyde sur les cétones et aldéhydes énolisables en présence d’hydroxyde de calcium comme base. Ce composé que l’on peut isoler réagit de nouveau si un excès de formaldéhyde est présent.5. les aldéhydes énolisables conduisent à des aldols.114). C’est la réaction de Tollens (1891). et nitrile 581 Dans ces conditions. RCHO + R'CHO Al (OEt)3 RCOOCH2R' + R'COOCH2R Schéma 10. H CHO Base.113 La réaction d’un aldéhyde ou d’une cétone portant un groupe C αH2 ou CαH3 (2 ou 3 hydrogènes acides) en présence d’un large excès de formaldéhyde conduit à des polyols (schéma 10.3-diol (schéma 10. Le formaldéhyde et le composé carbonylé donnent lieu à une aldolisation croisée ce qui conduit à une cétone ou un aldéhyde β-hydroxylé. selon une réaction de Cannizzaro croisée avec formation d’acide formique et d’un 1.112).10.112 10. imine. Certains aldéhydes aromatiques ne peuvent être que donneurs. L’oxygène de l’ion alcoolate qui est ainsi formé est proche de l’hydrogène à caractère acide porté par le groupe hydroxy. L’échange intramoléculaire d’un proton conduit à un nouvel ion alcoolate.6 Condensation benzoïnique Les aldéhydes aromatiques et les glyoxals. Dans la seconde .582 Chimie organique Base. dans la première partie du mécanisme.116). En effet.115 10. Les aldéhydes aromatiques fournissent ainsi des α-hydroxy cétones appelées benzoïnes (schéma 10. se condensent de telle sorte qu’une molécule d’aldéhyde appelée « donneur » s’additionne à un groupe carbonyle d’une seconde molécule d’aldéhyde (appelée « accepteur ») en présence d’ion cyanure comme catalyseur. en raison de la présence du groupe diméthylamino à fort caractère électrodonneur +M. Ph Ph O O C O Ph H C C Ph H C H O H C Ph CN CN N H O O C C CN H Ph effet attracteur -I nucléophile nouveau cycle de réactions C N + H H Ph O O C C Ph H benzoïne Ph O O C C CN H Ph groupe partant Schéma 10. L’ion CN. H2C=O excès CH3-NO2 HO-CH2-CH2-NO2 2-nitroéthanol Schéma 10. L’hydrogène porté par le carbone central de ce sel se déplace vers l’oxygène ce qui conduit à un carbanion (stabilisé par résonance). comme le p-N.est un bon réactif nucléophile qui s’additionne facilement sur le groupe carbonyle aldéhydique du « donneur » comme dans la formation des cyanhydrines : un sel de cyanhydrine en résulte.N-diméthylaminobenzaldéhyde.est alors régénéré et la benzoïne obtenue. il est riche en électrons sous la forme d’un ion cyanure et est nucléophile. Celui-ci attaque le groupe carbonyle d’une seconde molécule d’aldéhyde. Cette acidité est liée à la présence du groupe CN à fort effet électroattracteur -I. RCOCHO. Il se condense avec le benzaldéhyde (à caractère plus accepteur que donneur). L’ion CN.116 Il est intéressant de remarquer l’activité particulière du groupe CN qui est ce qu’on appelle un « puits à électrons ». et nitrile partie de ce mécanisme. être fonctionnalisés par OH.583 10. alicycliques. Elle présente de nombreuses variantes. imine. dans des conditions relativement douces. qui sont préparés à partir de sels de phosphonium. Dans la dernière partie du mécanisme. C’est pourquoi elle est largement utilisée pour la synthèse de nombreux composés biologiques complexes. OR. CH3 N N H3C CH2-CH2-O-R S NH2 H N . A n R = H cation thiamine (vitamine B1) R= O O P O P O O O A = Cl (n = 1 ).10) a des propriétés chimiques équivalentes au groupe CN et intervient dans divers processus biologiques sur des aldéhydes (surtout des aldoses) en formant des acyloïnes RCOCH(OH)-R. aromatiques. ou phosphoranes. PO43 ( n = 3). son caractère électroattracteur -I comme groupe nitrile rend l’hydrogène en α suffisamment acide pour qu’il se déplace vers la charge négative de l’oxygène. NO3 (n= 1) pyrophosphate de thiamine (coenzyme) Figure 10. et / ou halogénoaryles. NR2.118 Elle nécessite la présence d’ylures de phosphore.118).7 Réaction de Wittig La réaction de Wittig (1949) est très importante. R C O + Ph3P C R C + C Ph3P=O R' R' ylure de phosphore ou phosphorane oxyde de triphénylphosphine Schéma 10. insaturés par des doubles ou triples liaisons (conjuguées ou non avec le groupe carbonyle). Les réactions d’addition sur les groupes carbonyle. des groupes acétals. Un sel de thiazolium naturel présent dans la vitamine B1 (figure 10. L’ion phosphonium a un . ou esters.118) à partir d’un choix important d’aldéhydes ou de cétones qui peuvent être aliphatiques. ArCOCH(OH)Ar. car elle permet la préparation d’oléfines (schéma 10. d’oléfines avec une double liaison en position bien définie (schéma 10. de l’action d’un halogénure de formule générale >CH-X sur une phosphine. lesquels résultent. L’avantage de cette méthode réside dans la possibilité de formation. équivalents aliphatiques des benzoïnes. eux-mêmes. il agit de nouveau par son fort effet électroattracteur et devient alors un groupe partant. et avoir des groupes nitroaryles. Les aldéhydes sont beaucoup plus réactifs que les cétones.10 10. Les solvants sont le plus souvent le diéthyléther. un oxaphosphétane instable.119). résultat du mécanisme de cycloaddition [2 + 2] concerté. les alcoolates (surtout t-BuOK). composé qui se décompose ensuite en oléfine et oxyde de triphénylphosphine (schéma 10. Il est extrait par des bases comme le butyllithium.584 Chimie organique caractère très électroattracteur qui rend l’hydrogène de CαH très acide (schéma 10. les hydrures et amidures alcalins. O C R1 Ph3P ylure Ph C Ph R2 ou phosphorane O C P C Ph C O R1 P(Ph)3 + C R1 R2 R2 oxaphosphétane O C R1 C Ph3P C R1 C R2 PPh3 O R2 bétaïne oxirane Schéma 10. Il existe en fait peu de preuves que les bétaïnes soient de vrais intermédiaires . X H Ph3P + X C H C Ph3P R2 R1 R1 R1 BuLi Ph3P C C R2 R2 R2 triphénylphosphine R1 Ph3P ylure ou phosphorane sel de phosphonium Schéma 10. le tétrahydrofurane (THF). le diméthylsulfoxyde (DMSO) ou l’éthanol (avec EtONa).120 La formation d’une bétaïne intermédiaire a longtemps été proposée comme une étape du mécanisme.119 Le mécanisme de la réaction de Wittig débute par l’attaque de l’ylure sur le groupe carbonyle de l’aldéhyde ou de la cétone. cela était appuyé par le fait que les bétaïnes produites par l’action de triphénylphosphine sur un oxirane selon une substitution nucléophile produisent des oléfines. ce qui conduit à un système hétérocyclique. le phényllithium.120). les oxaphosphétanes ont pu être isolés à de nombreuses reprises ce qui permet d’assurer leur formation dans ce mécanisme. la réaction peut conduire à des oléfines E et Z. c’est-à-dire qui ont un carbanion très nucléophile. Ph3P C H C O O O Ph3P H C H Ph3P C H C H C H R-CHO R H C C H + O=PPh3 CHO oléfine E Schéma 10. Par contre. à quelques exceptions près. À titre d’exemples. ces ylures sont stables envers l’eau. les ylures peuvent être classés en composés stables et instables. En simplifiant un peu. sauf exceptions.121). le tableau 10. et réagissent à la fois. Dans ce cas. toujours de configuration E (schéma 10. ou deux atomes d’halogène.121 Dans le cas particulier de Ph3P=CH-COOEt. Les réactions d’addition sur les groupes carbonyle. sont très réactifs avec la plupart des aldéhydes et cétones. Par ailleurs. Ces ylures peuvent même ne pas réagir si la charge négative est très délocalisée : c’est le cas pour des ylures dont les deux substituants du carbone sont des groupes à effet -M ou des groupes aryles. .585 10.1 rassemble quelques ylures avec l’indication de leurs stabilités relatives et la facilité de leurs réactions avec les aldéhydes et cétones. et nitrile dans la réaction de Wittig. et ses réactions deviennent plus difficiles avec les aldéhydes et cétones. avec l’eau et l’oxygène. L’orientation est fonction du solvant utilisé et des sels qui y sont dissous. le caractère nucléophile du carbone de l’ylure est assez faible. Les oléfines qui sont produites par ces ylures stables sont. Les ylures dits instables ou peu stables comme ceux qui ont pour substituants du carbone un hydrogène et un groupe alkyle. La stabilité des ylures est souvent assurée par la présence d’un groupe exercant un effet mésomère électroattracteur -M ce qui assure une délocalisation de la charge négative. imine. Les solvants aprotiques polaires (par exemple le DMSO) favorisent la formation d’oléfines Z. Le classement de la réactivité de quatre phosphoranes est donné ci-après (figure 10.586 Chimie organique stabilité Ylure H Ph3P=C faible CH3 Cl faible Ph3P=C Cl H Ph3P=C forte CN très forte COCH3 Ph très forte Ph3P=C facilité de la réaction RCHO +++ RCOR' +++ RCHO +++ RCOR' +++ RCHO ++ RCOR' COCH3 Ph3P=C substrat Ph RCHO RCOR' RCHO RCOR' Tableau 10.11 Les phosphoranes sont parfois remplacés par des phosphonates.11) : O O Ph3P C H C Ph3P CH3 C H CH3 (EtO)3P C H (EtO)3P C CH3 C H CH3 Figure 10. Dans ce cas encore. le milieu réactionnel est très important pour le rapport E / Z. en présence d’une base comme un hydrure alcalin forment des carbanions très réactifs (réaction de Wittig-Horner).1 Les oléfines produites sont le plus souvent un mélange de configurations E et Z avec une nette prédominance de la configuration Z. Tous les phosphoranes ne sont pas dérivés de la triphénylphosphine. qui. Avec des substituants identiques. au même titre que la présence de base de Lewis (amines tertiaires). Ce type de composé permet en particulier de préparer des oléfines acylées ou des composés cétoniques cycliques (schéma 10. (RO)2P(O)CH(R1)(R2). ces derniers sont plus réactifs que les triphénylphosphoranes correspondants en raison d’une augmentation du caractère nucléophile lié à la présence de groupes électrodonneurs +M. Certains sont des trialkoxyphosphoranes. .122). 124 regroupe quelques substrats de la réaction de Wittig et les produits correspondants formés. Le schéma 10. les cétènes.XEt EtO P CH(R)(R') EtO phosphonate Réaction de Wittig-Horner O O EtO P CH(R)(R') Base EtO P OEt OEt O C O O EtO P OEt C(R)(R') C(R)(R') O EtO P OEt C C O R' R EtO C P O + C OEt R R' Schéma 10. et nitrile O O NaH. l’anhydride phtalique et le phtalimide. (R)(R’)C=NR”. Les réactions d’addition sur les groupes carbonyle. les imines. imine. HCON(R)(R’). Réaction d'Arbuzov H (EtO)3P + R C X ∆ O EtO O Et P EtO R' X CH(R)(R') . la réaction de Wittig peut s’appliquer à des composés aussi divers que.587 10. les formamides. RN=O. les thiocétones. les isocyanates. RCH2X ou (R)(R’)CHX. RN=C=O. par la réaction d’Arbuzov (1906) (schéma 10. les composés nitrosés. THF P O O EtO OEt 2-butyl-3-méthyl-cyclopent-2-ènone Schéma 10. l’anhydride carbonique.122 Les phosphonates sont facilement préparés par réaction entre la triéthoxyphosphine et un halogénure.123 Outre les aldéhydes et cétones.123). (R)(R’)C=C=O. . 8 Réactions des organomagnésiens 10. On obtient alors une solution.1 – Sur les cétones et aldéhydes Les composés organomagnésiens RMgX (découverts par Grignard en 1900).15). inversion de polarité Mg +δ −δ diéthyléther + R X ou THF −δ +δ R MgX O tétrahydrofurane (THF) Schéma 10.125 . HO R CO2 R' cétène R' C PPh3 COO R' puis H ∆ R R C COOH H C C C R' R R' Schéma 10.8.124 10. sont préparés par action d’un halogènure RX sur le magnésium dans un solvant comme le diéthyléther Et-O-Et ou le tétrahydrofurane (THF) (schéma 10.125) (voir aussi § 13.588 Chimie organique C O R O O O O R C R' C O R N anhydride phtalique C C R N C O C C C isocyanate C O C N R' NR NR O R R" C C R' imine R N C R N O O composé nitrosé dérivé du phtalimide H2O. Le carbone a une charge partielle négative dans RMgX alors qu’il en avait une positive dans l’halogénure. les organomagnésiens à faible concentration dans l’éther ou le THF sont principalement sous forme monomères ce qui montre que seule la première partie de l’équilibre de Schlenk est réalisée. le tétrahydropyrane. cette polarité négative de ce carbone qui est à l’origine des réaction de ces composés organométalliques. lui-même en équilibre avec un complexe dimère. Ils sont préparés dans le THF. l’organomagnésien est en équilibre (équilibre de Schlenk) avec l’halogénure de magnésium. les cristaux obtenus à partir d’un organomagnésien préparé dans un excès d’halogénure d’alkyle RX. bien que monomériques. Il a été montré qu’en solution éthèrée.126). et c’est en partie. . Il y a donc inversion de polarité de ce carbone durant la formation de l’organomagnésien. les organomagnésiens formés à partir d’halogénures insaturés. (R1)(R2)C=C(R3)MgX. MgX2. que leur structure. ces différentes molécules présentent chacune une double coordination aux molécules d’éther-oxyde.126 Le déplacement de l’équilibre dépend de la nature du groupe R. Et Et Et Mg X R X Mg O Et Et Et O R Mg O Et Et O O R Et X O Et Et Et Schéma 10. Avec R = alkyle. le 2-méthyl-THF. de leur concentration et de la température. Par contre. du solvant dans lequel il a été préparé. monomèrique.MgX2 Schéma 10. d’environ 35 %). La liaison C-Mg possède un fort caractère covalent (avec un faible caractère ionique. La structure des organomagnésiens est plus complexe que leur formule ne le suggère. entre autres. dans le diéthyléther. 2 RMgX R2Mg + MgX2 R2Mg. et R2Mg (dialkylmagnésium si R = alkyle).127 Les cristaux obtenus en concentrant et refroidissant la solution éthèrée d’organomagnésien montrent. sans diéthyléther et étudiés par rayons X. 2 Et2O. par une étude aux rayons X.127). formé à partir des deux molécules précédentes (schéma 10. R2Mg-MgX2. D’une manière générale. et nitrile 589 On appelle réactifs de Normant (1954). Les réactions d’addition sur les groupes carbonyle. est alors RMgX.10. solvant classique dans lequel elles sont dissoutes (schéma 10. imine. sont un mélange de R2Mg et MgX2. Ils réagissent aussi bien que les réactifs de Grignard classiques et permettent la synthèse de nombreux composés insaturés. de la nature de X. 130). d’une manière assez générale. à un alcool secondaire ou tertiaire. aryl.128 et 10. ArMgX est majoritaire. Lorsque le composé attendu est un alcool tertiaire on évite l’utilisation d’acide fort en solution. Tous les mécanismes impliquant des organomagnésiens sont complexes et rarement donnés dans leur intégralité en raison de nombreux paramètres ignorés comme la coordination au solvant et son influence. Ces définitions sont nécessaires pour comprendre qu’il serait simpliste et surtout faux de présenter les organomagnésiens comme un système formé d’un carbanion R. schémas 10. Lorsque le produit attendu est un alcool primaire ou secondaire. H C OH R" formaldéhyde autre aldéhyde cétone alcool primaire R = R' = H alcool secondaire R = H alcool tertiaire R et R'= alkyl.129) conduit.et d’un cation MgX+ bien que la plupart de leurs réactions correspondent apparemment à l’intervention d’une telle structure. On préfère le remplacer par une solution de chlorure d’ammonium afin d’éviter une réaction de déshydratation toujours possible avec ce type d’alcool. ce qui n’est pas le cas dans le THF où Ar2Mg et MgX2 sont plus présents.128 Le mécanisme de cette addition est complexe en raison du nombre d’espèces chimiques présentes en équilibre et de l’influence possible d’impuretés métalliques. l’acidification du milieu est obtenue par addition d’une solution diluée d’acide chlorhydrique ou sulfurique. R R C O R' 1) R"MgX R' 2) H2O. aralkyl Schéma 10. Le magnésium d’une . dans le diéthyléther. L’addition d’un organomagnésien sur le groupe carbonyle d’un aldéhyde ou d’une cétone (réaction de Grignard. après acidification. respectivement. Dans la mesure où MgX2 est un acide de Lewis. L’addition effectuée sur le méthanal conduit à un alcool primaire. mais par simplification.129 Une proposition de mécanisme faisant agir deux molécules d’organomagnésien (cas assez fréquent mais pas général) est la suivante (schéma 10. il a un effet important sur la réactivité de RMgX en se coordinant à l’électrophile. on peut l’écrire de la manière suivante : C O diéthyléther C O MgX ou THF R MgX HX H2O C O H + MgX2 R R alcool Schéma 10.590 Chimie organique Avec R = Ar. l’équilibre de Schlenk est orienté vers la gauche. H C R C MgX O −δ H H C R C MgX R C C MgX O O H2O.131 La seconde réaction secondaire possible est la réduction du groupe carbonyle en alcool secondaire si le groupe R de l’organomagnésien possède un hydrogène en position β par rapport à MgX. Ces composés carbonylés sont transformés en leurs énols par addition de RMgX. L’addition d’acide libère l’alcool. Dans ce cas. et nitrile première molécule de RMgX est d’abord coordiné à l’oxygène du groupe carbonyle. imine. H H C C C C O H O cétone ou aldéhyde Schéma 10. X X +δ Mg −δ R C +δ X R −δ +δ MgX Mg R Mg R R C O −δ C R MgX O MgX O Schéma 10. Les réactions d’addition sur les groupes carbonyle. .130 Deux réactions secondaires sont possibles. La première concerne les réactions d’organomagnésiens avec des aldéhydes ou cétones énolisables encombrées ou des cétones à fort pourcentage d’énolisation comme les esters β-cétoniques. La réaction se termine en formant le composé d’addition de RMgX sur le groupe carbonyle avec échange des groupes R des deux molécules d’organomagnésien impliquées. C’est donc une réduction par transfert d’un ion hydrure en β du métal. Une seconde molécule de RMgX intervient alors pour conduire à un état de transition cyclique. L’alcool peut éliminer une molécule d’eau pour former une oléfine (schéma 10.591 10.131). Il y a transfert d’un proton comme dans une réaction entre un acide et une base (schéma 10.132). Cette seconde molécule joue un rôle d’acide de Lewis en augmentant la polarisation de la liaison carbonyle. le groupe R s’approprie l’hydrogène acide en α du groupe carbonyle pour former une molécule RH. il est possible de diminuer la réaction de réduction en utilisant des solvants comme le benzène ou le toluène à la place de l’éther. Addition 1.2) soit en 1.132 Ces réactions secondaires empêchent la préparation à partir des organomagnésiens d’alcools très encombrés. Les facteurs stériques jouent aussi un rôle important comme dans les deux cas suivants où les rendements sont de 100 %. Br-.133 C Ph OH Ph Ph H CH C Ph C O .4 (schéma 10. plus la réaction s’effectue en position-1. Ainsi il existe une augmentation de l’addition sur la double liaison lorsqu’on passe d’un aldéhyde à une cétone (puis à un ester).H2O C C CH2 H H O alcool secondaire Schéma 10.592 Chimie organique R R' R R' CH2 +δ MgX H O −δ H CH2 C MgX O C H2 C R' C C C C +δ H2 R CH2 H C MgX O CH2 H2O. entre autres. cela revient à une addition sur la double liaison carbone-carbone.2 Ph Ph C Ph C C O PhMgX puis H H Ph Ph C Ph C C H Ph OH Addition 1. H H C H . L’addition sur les aldéhydes et cétones α.1).β-insaturés peut s’effectuer soit majoritairement sur le groupe carbonyle (addition 1. Dans ce dernier cas.2. et en complexant RMgX avec le bromure de tétrabutylammonium Bu4N+. On remarque que plus le groupe carbonyle est réactif. Toutefois.9.4 Ph H C Ph C Ph C O PhMgX Ph Ph CH C puis H Ph Ph Schéma 10.133). On peut aussi utiliser un organolithien (§ 10. est un alcool tertiaire portant deux groupes identiques.134 L’addition d’organomagnésien sur les esters nécessite deux équivalents d’organomagnésien par molécule d’ester.8.136). HCOOR. H R Schéma 10. O R R'MgX C O R'H + R NH2 C R'MgX NHMgX O-MgX R' C R NHMgX H2O. Le résultat. O RMgX R1 C R1 OEt O MgX O .136 Le formamide produit un aldéhyde. O=C(OR)2.135 Les carbonates.NH4 R OH C NH2 . et nitrile 10. et les formiates. suivie d’une hydrolyse. H R' C O R Schéma 10.593 10. En réalité. Deux réactions ont lieu (schéma 10. conduit à une cétone (schéma 10. Avec les amides primaires et secondaires.2 – Sur les esters. forment des alcools tertiaires portant trois groupes identiques. Le mécanisme se fait via la formation d’une cétone qui ne peut pas être isolée car elle réagit aussitôt sur une nouvelle molécule d’organomagnésien. le mécanisme de cette réaction est beaucoup plus complexe que celui présenté qui en est une forme très simplifiée. sont transformés en alcools secondaires.134).RMgX C R R1 C OH R 1) RMgX R1 C 2) H2O.H 2O R' . H OEt R R Schéma 10. RCOOR’ (schéma 10. Les réactions d’addition sur les groupes carbonyle. H . amides et chlorures d’acides OH C R 2 RMgX R1COOR' R1 puis H2O. imine.135) : une addition sur le groupe carbonyle et la substitution du groupe OR’ par le groupe porté par l’organomagnésien. après hydrolyse. l’addition de deux équivalents d’organomagnésien. H R Schéma 10.137 10. H C R Cl R' C O R Cl réaction avec deux équivalents de RMgX O R C R' R'MgX Cl O R' MgX C . Le sulfure de carbone.3 – Sur l’anhydride carbonique (carbonation) et le sulfure de carbone OMgX RMgX + O C O C C R OH H2O.594 Chimie organique Les chlorures d’acides réagissent très rapidement avec un équivalent d’organomagnésien pour former une cétone (schéma 10. réagit de la même manière en produisant des acides dithiocarboxyliques. H O R O Schéma 10. réaction avec un équivalent de RMgX O R C OMgX R' R'MgX H2O.138).ClMgX R' Cl R C O R 1) R'MgX R' C OH 2) H2O. CS2. L’hydrolyse de l’adduit fournit l’acide libre contenant un carbone supplémentaire par rapport au groupe porté par l’organomagnésien (schéma 10. Si un excès d’organomagnésien est présent. C’est donc une bonne méthode d’extension des chaînes carbonées.138). un alcool tertiaire peut se former (avec possibilité d’élimination d’une molécule d’eau et obtention d’une oléfine). Elle est effectuée par addition de la neige carbonique à la solution de l’organomagnésien (schéma 10. .137).8. RCSSH.138 Cette réaction de carbonation est importante car c’est une voie de synthèse des acides carboxyliques. 140 .139 Les organomagnésiens réagissent avec les aldimines pour former des amines secondaires (schéma 10. isolables en série aromatique. isocyanates et nitriles R2 R2 N R1 C R1 + RMgX C H R2 MgX N R H2O C R1 C O + RMgX R1 N C OMgX H 2O R N C + RMgX nitrile O OH R1 N R1 N C H C R R1 C R amine isocyanate R1 H H H imine R1 N N NMgX H2O.8. et nitrile 10. les cétimines sont réduites dans la plupart des cas. Par contre.140).139). Leur hydrolyse acide conduit à des cétones : c’est une bonne méthode de préparation de ces composés (schéma 10.595 10. Les réactions d’addition sur les groupes carbonyle. Il se forme des dérivés magnésiens d’imines.4 – Sur les imines. Ph C N MeMgBr Ph C NMgBr Me MeMgMe BrMgBr Ph C NMgMe Me Schéma 10. H+ R amide secondaire R1 C O R R cétone Schéma 10. Le mécanisme fait intervenir RMgX. Les isocyanates additionnent les organomagnésiens pour donner des amides N-substitués. Avec les nitriles la réaction est plus lente qu’avec les cétones ou les aldéhydes. imine. ou R2Mg puis MgX2 (voir l’équilibre de Schlenk) comme pour le benzonitrile. les composés organolithiens sont les plus faciles à utiliser en synthèse car ils sont très facilement préparés et se dissolvent dans les solvants classiques (réaction en phase homogène). ou K+) sauf les organolithiens qui ont une liaison covalente mais avec un certain caractère ionique dont l’importance est en rapport avec la nature du groupe R et du solvant utilisé (plus important dans les solvants aprotiques très polaires). BuLi + CH3-CH2-O-C2H5 BuH + CH3-CHLi-OC2H5 CH2=CH2 + C2H5 OLi Schéma 10.BuH + Li O OLi tétrahydrofurane (THF) Schéma 10. Ces derniers. Une preuve de ce caractère particulier de la liaison C-Li est donnée lorsqu’un composé RLi pour lequel R est un groupe optiquement actif est mis dans un solvant peu polaire.143 Pratiquement. La racémisation est particulièrement lente (présence lente du carbocation). Na+.141). alors qu’elle est très rapide avec RNa ou RK.9 Réactions des organolithiens Les composés organométalliques alcalins possèdent une liaison ionique entre le carbone et le métal (R-. Les dérivés sodés ou potassiques sont des solides insolubles dans la plupart des solvants et en particulier les hydrocarbures ou le benzène.143. sont le plus souvent sous forme . O BuLi .142 Le THF est un solvant classique des organolithiens. contrairement aux organolithiens. Les organolithiens sont préparés. en solution. mais il nécessite de travailler à –78 °C pour éviter une réaction avec celui-ci présentée dans le schéma 10. soit par échange métal-halogène entre le butyllithium et un halogènure (schéma 10. le chlorure de butyle).596 Chimie organique 10. soit par action du lithium sur un halogénure d’alkyle (le plus souvent.141 Ces réactions s’effectuent dans un solvant hydrocarboné (l’hexane est très employé) car l’utilisation de l’éther conduit parfois à une réaction de Wurtz avec formation d’oléfine via une métallation (schéma 10. BuCl + 2 Li BuLi + LiCl BuLi RLi + RX + BuX Schéma 10.142). Les réactions d’addition sur les groupes carbonyle. Les organolithiens sont plus basiques que les organomagnésiens correspondants. Dans la plupart des cas. Le plus souvent à la place d’un acide. Lorsqu’il y a coordination entre le solvant et le métal. Une différence importante existe entre eux : l’addition sur une double liaison éthylènique qui n’est possible qu’avec les composés organolithiés. Me Me C C O + Me C Me Me Me Me C CHLi Me Me Me C Me C OLi Me C Me C Me H2O. R2 R2 C O + RLi R1 R1 R2 H2O. Le mécanisme précis reste inconnu.145).4-diméthyl-pentan-3-ol diisopropylcétone Schéma 10. sensible à la température. En fin de réaction. imine. Les aggrégats dimères sont plus réactifs que les aggrégats tétramères.144) Il est intéressant de remarquer qu’il est possible de réduire le composé intermédiaire par action de lithium et d’ammoniac dans le cas de composés carbonylés aromatiques.LiOH R Li-NH3 R1 C OH R puis NH4Cl R2 R1 C H R Schéma 10. il y a une augmentation de la réactivité. leurs réactions sont peu différentes de celles des organomagnésiens mais ils sont plus réactifs et les rendements supérieurs. Dans le THF. cétones. (schéma 10. H Me Me C C OH C Me Me 3-isopropyl-2.145 . Il est donc nécessaire d’acidifier le milieu. car dans ce cas. esters et anhydride carbonique Un alcool est obtenu lorsque un organolithien réagit avec un aldéhyde ou une cétone. 10.1 – Avec les aldéhydes. on préfère ajouter le chlorure d’ammonium NH4Cl qui évite des réactions secondaires acidocatalysées.597 10. les organolithiens permettent l’accès à des alcools tertiaires à partir de cétones encombrées (schéma 10.144 Contrairement aux réactions des organomagnésiens. les aggrégats se décomposent en monomères. et nitrile d’aggrégats de plusieurs molécules.9. le composé attendu est sous forme de composé lithié. le butyllithium présente un équilibre entre un aggrégat tétramère et un aggrégat dimère. H C OLi . respectivement. R-N≡C (schéma 10. H Bu C O O C OH .598 Chimie organique L’addition d’organolithiens à des cétones ou aldéhydes α. Il en est de même des réactions effectuées avec les isonitriles. une α-hydroxy cétone ou une α-dicétone (schéma 10. Lorsqu’une cétone ou un ester est traité à la fois par un organolithien et l’oxyde de carbone à basse température. il se forme. il se forme d’abord un carbanion RCOLi.2.147 C OH . H C R O C OLi R1O C O + RLi + CO R O C R2 R2 C OH OR1 R2 H2O.146).147). H C R1 R OR1 O C C OLi R2 OH -R1OH R O C C R2 O Schéma 10. H .146 Il est vraisemblable que dans ces réactions.réagit ensuite sur l’électrophile. par attaque de l’oxyde de carbone par le n-butyllithium. après hydrolyse.LiOH RNH2 + Bu C O Schéma 10.LiOH Bu C O Li B) R N C Bu BuLi C O Bu C R N Li C R C O Li N H2O. Le carbanion RCO. R1 C O + RLi + CO R O C R2 R1 R2 H2O.β-insaturés conduit presque exclusivement à des additions 1. A) C O BuLi Li Bu-C O C O C O Bu-C Li H2O. R2 R3 C R1 N + RLi R2 R C R1 R3 N Li H2O R2 R C R1 R3 N H Schéma 10.148).149).148 10.2 – Avec les sels d’acides carboxyliques Avec les sels de lithium d’acides carboxyliques.9. H R C R' . Avec les oximes. RLi + OLi R' R'COOEt C R R' H2O C OEt OH .H2O C O R OH OLi R' Schéma 10. il est possible d’obtenir des hydroxylamines par l’utilisation de deux équivalents d’organolithien par molécule d’oxime (schéma 10. imine.151).3 – Avec les aldimines. H O cétone hémiacétal OLi C R RCOOH acide O Schéma 10.149 10. O OH OLi RC-OLi + R'Li R C R' H2O. et nitrile Les esters traités par un organolithien sont convertis en cétones. les organolithiens forment des amines (schéma 10. et cétimines Avec les aldimines et les cétimines. L’addition de neige carbonique carbonation à un organolithien conduit à un sel de lithium d’acide correspondant (schéma 10.599 10. les organolithiens permettent le passage à des cétones via un hydrate de cétone (schéma 10.EtOH R' OEt R RLi + R C CO2 H2O. Les réactions d’addition sur les groupes carbonyle.9.150).150 Il est intéressant de remarquer que toutes les autres fonctions dérivées du groupe imino comme les hydrazones ou les oximes ont des réactions semblables. . le 1. pour former. dans l’éther.152 La réaction est très semblable à celle d’une addition d’organomagnésien dans la mesure où il se forme au cours de la réaction un composé organozincique qui s’additionne sur le groupe carbonyle de l’aldéhyde ou de la cétone.MeOLi R2 R C R1 RLi R2 R C R1 OLi N Li OH N H Schéma 10. avec du zinc et un ester α-halogéné (bromure ou chlorure) ou son vinylogue.10 Réaction de Reformatsky La réaction de Reformatsky (1887) consiste à faire réagir à chaud un aldéhyde ou une cétone aliphatique ou aromatique (pouvant contenir d’autres fonctions). un β-hydroxy ester (ou son vinylogue) (schéma 10.4-dioxane ou le benzène. après hydrolyse. H R2 R1 C O + Zn + Br C COOEt ZnO R2 C C COOEt R1 Zn + Br C COOEt +δ Br-Zn −δ O −δ C COOEt +δ R1 C R2 Schéma 10. le THF.152). Il est toutefois intéressant .600 Chimie organique R2 C N OH RLi R2 R C R1 R1 R2 R C R1 OLi N OLi N Li MeOH . R2 HO C C COOEt R1 H2O.151 10. imine. Le zinc peut être remplacé par du manganèse. H C via une imine R O C C COOEt COOEt réaction d'addition O O + Zn + Br C COOEt R C R OEt C C ester COOEt réaction de substitution Schéma 10. Une autre réaction secondaire.154 Une variante de la réaction de Reformatsky est l’utilisation de 3-bromopropyne. l’oléfine est le résultat unique de la réaction ce qui la rend équivalente à une réaction de Wittig (schéma 10. Br-CH2-C≡CH à la place de l’ester α-bromé. et nitrile de remarquer que dans cette réaction. R1 R1 C O + Al + Br CH2 C CH R2 R2 C OH Schéma 10. R1 H C O + Zn + Br C COOEt R2 R1 Bu3P COOEt C C R2 R R Schéma 10. Dans ce cas l’aluminium remplace le zinc (réaction de Gaudemar. Les réactions d’addition sur les groupes carbonyle.601 10.154).153 La réaction de Reformatsky est applicable aux nitriles avec la formation d’un ester β-cétonique. une aldolisation de la cétone et une réaction de Wurtz ont été observées.153).155 CH2 C CH .155). Dans ces réactions. composé qui contient aussi un brome activé. Si la tributylphosphine est ajoutée au zinc. R R C N + Zn + Br C COOEt nitrile NZnBr C H2O. qui conduit alors à une oléfine. le remplacement du zinc et de l’ester α-halogéné par un organomagnésien correspondant n’est pas envisageable puisqu’il est impossible de préparer un organomagnésien à partir d’ester α-halogéné ce qui s’explique par la plus haute réactivité de l’organomagnésien par rapport à l’organozincique : l’organomagnésien réagit sur la fonction ester ce qui n’est pas le cas de l’organozincique. Les esters donnent lieu à une réaction de substitution et non d’addition (schéma 10. une élimination d’eau est possible. 1974) (schéma 10. . ........1 Généralités .................................................................. 623 11..........1d – Dégradation des hydroxydes d’ammonium quaternaires ou élimination d’Hofmann ........8.................6............................................ 607 11.............1 – Formations de doubles ou triples liaisons carbonées par retrait de HY 623 11.......8....... 630 11.. 605 11..... 628 11...................... 620 11................................................................... 629 11.........1g – Pyrolyse des xanthates de méthyle (réaction de Chugaev ou Tchugaev) ............................ avec état de transition cyclique .....................1e – Pyrolyse des oxydes d’amines (réaction de Cope) ..................................6 Eliminations par pyrolyse .......... 616 11....8....................................... 623 11......1i – Pyrolyse des composés organométalliques ................................................................2 Mécanisme bimoléculaire E2 .............8.......................... 623 11....8....Chapitre 11 Les réactions d’élimination Sommaire : 11...........7 Réactions d’extrusion ..............1a – Déshydratation des alcools en milieu acide .........1h – Pyrolyse des sulfones .......8.......................................................................8...............................3 Mécanisme monomoléculaire E1 ........................................8......................5 Mécanisme E2C .....8...................................6..............8 Exemples de réactions d’éliminations ......4 Mécanisme E1cB .....2 – Mécanisme d’élimination radicalaire . 618 11....... 630 ........ 628 11...........8................................... 620 11.................1j – Réaction de rétro-Michaël ....... 613 11.......1c – Décomposition des tosylates et autres esters d’acides sulfoniques 624 11..............................................1 – Mécanisme Ei........................................................... 618 11..........................1b – Déshydrohalogénation ....... 629 11....................1f – Pyrolyse des esters d’acides carboxyliques .............................................................. 618 11......8. 625 11........... ........8...3 – Formation de doubles liaisons C=O .. thiiranes et aziridines en oléfines ...................4a – À partir d’aldoximes et de leurs dérivés O-acylés et O-sulfonés ... 638 11...4b – À partir de certaines cétoximes ......8..8..8.......................2b – À partir des éthers..........604 Chimie organique 11...4d – À partir des amides primaires et secondaires ... 11............ 639 11......8..........636 11...... 631 11... 633 11.............2c – Conversions des oxiranes....8..8...... 11.. 639 640 642 642 643 ..................2d – À partir des sulfones α-halogénées (réaction de Ramberg-Bäcklund) via des dioxydes de thiiranes..... alcools et acétals β-halogénés (réaction de Boord) .....8....631 11.2a – Déshalogénation de dihalogénures vicinaux ou géminés .......... 11.....8.................. thioéthers......4c – À partir des sels d’hydrazonium quaternaires ........ 639 11...........2e – À partir de diols vicinaux ........................... amines......... 634 11................8.8.....................2 – Formation de doubles ou triples liaisons carbone-carbone par élimination de deux atomes ou groupes portés par ces carbones ....4 – Formation de triples liaisons C≡N ..............4e – À partir de N-chlorimines ........................8.....8....... 11........ A et B représentent chacun une partie d’une molécule AB où A est le plus souvent H et B un groupe électroattracteur -I.605 11.2 Schéma 11.HCl KOH dialkylchloramine R N R' dialkylnitrène Schéma 11.1 Si A et B sont portés par le même élément. α-élimination A A . B Me CH2 CH2 H H Me CH Cl CH2 CH CH Me élimination 1.AB C C N carbène H . Le même résultat peut aussi être obtenu par une réaction d’élimination-1.AB OH H C β X H alcène halogènure d'alkyle C . Les réactions d’élimination 11.1). c’est une D-élimination (appelée aussi élimination-1.1 Généralités Le terme « élimination » est utilisé en chimie pour désigner le retrait intramoléculaire. sans remplacement.HX C C C β N α .1) : elle conduit à un carbène (exemple : dichlorocarbène formé à partir du chloroforme).2) : elle conduit à la formation d’une double ou triple liaison.1 élimination 1. β−élimination B A C β C α B . Il est alors difficile de différencier les deux types d’élimination (schéma 11. Ce type d’élimination est le plus fréquent (schéma 11.H-OH N C oxime N nitrile Schéma 11.2).3 CH2 CH CH2 .AB C C C A β N α C α .AB B B Cl N Cl chloroforme Cl nitrène H R C N Cl R' dichlorocarbène Cl . ou à un nitrène (par retrait de HCl d’une chloramine) (schéma 11. Si les deux éléments sont adjacents.3).2.HCl KOH C Cl .2 Le carbène peut donner lieu à une transposition d’un hydrogène ce qui conduit à un alcène. il s’agit alors d’une E-élimination (ou élimination1. de deux groupes ou atomes A et B portés par un ou deux éléments. 4 Les mécanismes principaux de ces réactions d’élimination dénommés E2 et E1 ont beaucoup de points communs respectivement avec les mécanismes S N2 et SN1 (§ 8. si les deux éléments auxquels sont liés A et B se trouvent séparés par un troisième. Il existe aussi des éliminations-1. E2.3) : il se forme un cycle à trois chaînons.5 et –1. beaucoup de réactions d’élimination font intervenir à la fois les deux mécanismes. . un halogène ou groupe tosyle comme dans les réactions présentées avec des γ-amino ou γhydroxy halogénures (ou les tosylates). Par ailleurs. l’obtention de composés cycliques à 4. respectivement.2 et 8. Deux grands mécanismes existent dans ce dernier cas.606 Chimie organique Enfin. c’est une J-élimination (ou élimination-1.4. Si les mécanismes E1. l’un est concerté et passe par la formation d’un état de transition cyclique (péricyclique) appelé Ei. en milieu basique (schéma 11. et d’autres mécanismes moins fréquents nommés E1cB et E2C décrits ci-après nécessitent pour s’accomplir des bases ou des acides et un solvant.3) qu’ils accompagnent souvent. -1. et l’autre est radicalaire. 5. un oxirane à partir d’alcool β-halogéné. par exemple.4).6 avec des résultats semblables. les éliminations par pyrolyse.5) sont des éliminations dont les mécanismes sont E1 ou E2. On peut ajouter ici les réactions de fragmentations et d’extrusions. γ−élimination Z C B A C . mais pour lesquels le groupe A est un groupe carboné et B.AB C C Z C C .1. ou 6 chaînons. qui sont des β-éliminations pour la plupart.1. Les réactions de fragmentation (schéma 11. par exemple.HCl C O C O H Cl oxirane β-chloro alcool ou époxyde Schéma 11. s’effectuent souvent par simple chauffage sans l’intervention d’autres réactifs. voire les quatre mécanismes. en fonction des conditions expérimentales et / ou de la nature des substituants présents. acidité qui résulte de l’effet électroattracteur -I de Y. avec création d’un cycle plus petit.6). selon le cas. soit. avec formation d’un alcène (schéma 11. alcynes. nitrile). et il s’agira alors d’une réaction de substitution SN2. ∆ R NH2 + O C R H O C C C Y HO . en fonction de la nature des composés obtenus (alcènes. CO2. . Certaines d’entre elles peuvent donner lieu à plusieurs mécanismes selon les structures des substrats et les conditions de la réaction. Quelques exemples sont donnés à la fin de ce chapitre. une base peut. pour leur grande majorité. comme le soufre.2 Mécanisme bimoléculaire E2 Si un composé est de la forme (R1)(R2)-CH-C(R3)(R4)Y. et dans ce cas.H2 O O C + C C + Y HO Y= halogène ou OTs Schéma 11. soit attaquer le carbone α. CO. où Y représente un atome ou un groupe partant neutre ou chargé positivement. SO2 ou un atome. la réaction sera une élimination E2 : elle se poursuivra par le retrait de Y. groupe carbonyle. Les réactions d’élimination réaction de fragmentation R N C C C X H2O. 11. de composés hétérocycliques qui éliminent. Les réactions d’éliminations les plus classiques sont présentées à la suite de la description des mécanismes. une petite molécule comme N2. par chauffage ou photolyse.607 11. ∆ R N + C C C + X R R H2O.ou Y.5 Les réactions d’extrusion sont spécifiques. extraire le proton de CβH en raison de l’acidité de l’hydrogène correspondant. Elles sont donc rassemblées. il s’agit de mécanismes concertés. . l’état de transition du mécanisme E2 a une structure bien définie : les cinq atomes qui interviennent dans l’état de transition sont coplanaires : l’atome de la base qui agit sur H. La vitesse de la réaction est d’ordre deux.608 Chimie organique La base peut être neutre ou chargée négativement. ou bien. d’énergie très inférieure à celle de la conformation éclipsée correspondant à l’élimination syn. plus rarement. avec un angle entre eux de 180°. Y Y H H anti-périplanaire syn-périplanaire Figure 11. Comme dans le mécanisme SN2. la conformation est syn-périplanaire et conduit à une élimination syn. en position trans. H.6 Dans les deux cas. la conformation est anti-périplanaire et conduit à une élimination anti. CE. si Y est un groupe.1 est la plus souvent observée car elle nécessite une conformation décalée de la molécule. H et Y peuvent être de part et d’autre de la liaison C-C. et Y s’il est un atome. ou l’atome de Y lié à Cα. Substitution SN 2 C β C C α H Y Y Y C C C H H B B B Elimination E2 β C Y Y C α C H C BH + C C + Y H B B état transitoire Schéma 11. Dans le premier cas. avec un angle entre eux de 0°. V = k [substrat][base] Il existe un état de transition qui représente le plus haut niveau d’énergie d’activation de la réaction.1 La réaction d’élimination E2 est donc stéréospécifique. Dans le second cas. en position cis. La conformation anti-périplanaire comme dans la figure 11. se trouver du même côté de la liaison C-C. CD. . la déshydrobromation du 1-bromo-1. ce qui est rare. 4. 6hexachlorocyclohexane. ce qui est expliqué par la formation d’une paire d’ions ammonium-hydroxyde (B). Si cela est impossible. 5.7 La syn-élimination. Cette stéréospécificité syn de l’élimination E2 a aussi été remarquée lorsque Y = NR3+ et la base OH-.HBr base H Me Ph Ph Br H Ph Me Ph C Ph H Me H Ph Ph C C Me Ph H isomère E thréo isomère Z érythro H . est observée lorsque l’état de transition anti-périplanaire n’est pas. L’élimination syn de HCl dans ce cas est 7000 fois plus lente comparée à celle des autres isomères car elle nécessite pour s’accomplir une énergie beaucoup plus importante.TsOH 90% syn R4 R2 NR3 B) H OTs R1 H O H Schéma 11. mais la vitesse est particulièrement lente. Br C .8). Par exemple.2-diphénylpropane par une base fournit.7). Le retrait de TsOH (syn) est orienté par la conjugaison de la double liaison avec le cycle benzènique. Les réactions d’élimination À titre d’exemple (schéma 11. l’élimination syn peut avoir lieu. ou difficilement accessible. l’alcène E. l’alcène Z.HBr base Schéma 11. pour l’isomère érythro. en particulier dans certains composés cycliques comme le cyclobutane (A) (schéma 11. rare. sur les neuf stéréoisomères du 1. et pour l’isomère thréo. R3 H A) H H H Ph H H Ph .8 La stéréosélectivité anti de l’élimination E2 dans les composés dérivés du cyclohexane est liée à la possibilité de satisfaire ou non une conformation trans-diaxiale. un seul ne possède pas de substituant chlore en position trans par rapport à un hydrogène (figure 11.2).609 11. 2. 3. alcools.5-diazabicyclo[4.9) est 50 fois plus rapide comparée à celle de son isomère. on utilise des bases assez fortes encombrées dites non-nucléophiles comme certaines amidines bicycliques.8-diazabicyclo[5. ou ammoniac. O-SO2R.dans les solvants respectifs. CN. le groupe Y = O-tosyl oriente plutôt vers une substitution. de N(R3)+. ArO-. I mais aussi de CN. Toutefois. Dans le premier cas. Br.4. Pour obtenir une excellente chimiosélectivité. SR2+. Lorsque Y est chargé positivement. D’autres bases comme NR3. 1.6-hexachlorocyclohexane ne possèdant pas Cl et H sur deux carbones adjacents en position trans-diaxiale Figure 11.2 L’élimination anti de HCl de l’acide 2-chlorofumarique (E) conduisant à une triple liaison dans l’acide acétylène dicarboxylique (schéma 11. l’élimination E2 est nettement favorisée par rapport à la substitution SN2.0]non-5-ène. acides conjugués de ces bases. Cl. il s’agit de F.9 La nature du substituant Y dans l’élimination E2 est très variable et peu différente de celle indiquée pour SN2.3.2. L’élimination anti est donc favorisée aussi dans ce type d’élimination. et NH2. Il peut être neutre ou chargé positivement. l’acide 2-chloromaléique (Z). NO2. .0]undéc-7-ène (figure 11. 1.5.4.3). I-. OR-. Les bases les plus utilisées pour l’élimination E2 sont OH-. OHR+. et dans le second cas. le DBN.3.610 Chimie organique H H Cl H Cl H Cl Cl Cl H Y position trans-diaxiale H Cl H isomère du 1. LiAlH4. PR3+. H COOH C HOOC C HOOC C Cl très E COOH rapide HOOC C lent C H Cl Z C COOH acide acétylène dicarboxylique Schéma 11.peuvent aussi être employées. et le DBU. OCOR. eau. pour des raisons expérimentales.2. Si les groupes portés par le carbone β sont de nature à rendre H plus acide par un effet électroattracteur -I comme CN.3. Les réactions d’élimination En raison de leur encombrement.3-hexaméthyldisilazane.5-tétraméthylpipéridine (LTMP).1. les éliminations E2 et substitutions S N2 s’effectuent dans l’eau ou l’éthanol. 0. La nature des autres groupes portés par les carbones D et E joue un rôle important dans la facilité ou non de l’élimination E2. dans la mesure où ceux qui substituent Cα sont susceptibles de se conjuguer avec la future liaison (groupes vinyle et aryles. traité par l’éthylate de sodium dans l’éthanol fournit 97 % d’isoprène (CH3)2C=CH2 à 25 °C. fonctionnelle ou non. et en particulier l’hydrogène de CαH. plus l’élimination E2 est favorisée par rapport à la substitution SN2. pour les substitutions. ils facilitent sa formation. Lorsqu’une molécule est susceptible de former par une élimination E2 deux isomères en raison de la présence de deux CβH. le lithium 1. trop encombré. il est intéressant de connaître l’orientation de la réaction et quel sera l’isomère unique ou prépondérant de la réaction. Toutefois. Si N N N N Li N Li Li N N Si DBN DBU LDA LiHMDS LTMP Figure 11. (CH3)3CBr. (LiHMDS) ou le lithium 2. Plus la concentration de base est élevée. Si une possibilité de conjugaison existe entre la future double liaison et une double ou triple liaison appartenant au substrat. et la potasse aqueuse.1. Ainsi.3.611 11. par exemple). En effet. mais souvent. CH3CH2Br. la potasse alcoolique est plutôt utilisée pour les éliminations. ou les halogènes Cl. En position α. . NO2. Br. le solvant n’intervient pas dans les mécanismes E2 et SN2. L’augmentation de la température favorise les éliminations par rapport aux substitutions car les énergies d’activation des réactions d’élimination sont toujours supérieures à celles des réactions de substitution pour un même substrat ce qui s’explique par le plus grand nombre de liaisons intervenant dans les états de transition (4 liaisons pour l’élimination. et le bromure d’éthyle. le bromure de tertiobutyle.9 % d’éthylène à 55 °C. De même.3 On peut citer aussi d’autres bases encombrées non-nucléophiles comme le diisopropylamidure de lithium (LDA). ils interviennent dans la stabilisation de la future double liaison par résonance. car les groupes alkyles susceptibles de permettre des hyperconjugaisons stabilisent la double liaison. et 2 pour la substitution).5. En théorie. l’élimination sera orientée dans ce sens en raison de la stabilisation par résonance. mais plutôt son environnement. le choix d’un solvant peu polaire est théoriquement conseillé pour éviter d’orienter la réaction vers l’élimination E1 (voir ci-après) et la substitution SN1. l’élimination est encore facilitée. les groupes alkyles favorisent l’élimination E2 si les conditions expérimentales sont choisies pour rendre difficiles les réactions E1 et SN1. Toutefois. elles n’attaquent pas le centre de la molécule. -BH .10 Lorsqu’un seul des deux hydrogènes portés par les Cβ peut conduire à une élimination anti. l’attaque de la base s’oriente alors vers l’hydrogène le plus acide des deux.11).2.11 H bicyclo[2. présentée ci-après. la présence du groupe Y électroattracteur (R3N+ dans le schéma) rend acides les hydrogènes de C βH.2.1]heptane ne peut pas donner lieu à une élimination et son isomère bromé en position 2 fournit seulement le bicyclo[2. Enfin. cet hydrogène sera celui qui sera attaqué par la base si leurs environnements électroniques sont semblables.1]heptane Schéma 11.612 Chimie organique Lorsque le substrat ne porte que des groupes alkyles (schéma 11. la moins substituée prépondérante B. L’oléfine la plus substituée présente en très faible quantité ici. Ainsi. la double liaison ne peut pas se créer avec les carbones formant le plus petit pont (schéma 11.HBr base H 1-bromo-bicyclo[2. H3C E2 H3C H3C H α CH C β H C H β H NR3 hydrogène le moins acide H H3C C CH C H H oléfine d'Hofmann.1]hept-2-ène. mais.10). Cette orientation est d’autant plus importante que le groupe Y est plus électroattracteur et plus volumineux (Br < SMe2+ < NMe3+).1]hept-2-ène . le 1-bromo-bicyclo[2.NR3 hydrogènes les plus acides H3C C H3 C B CH H C H H oléfine de Saytzev la plus substituée (spécifique de l'élimination E1) Schéma 11.1]heptane 2-bromo-bicyclo[2. spécifique de l’élimination E1. c’est-à-dire le moins substitué par des groupes alkyles qui exercent un effet +I. C’est l’oléfine la moins substituée (appelée oléfine d’Hofmann) qui est obtenue majoritairement (règle d’Hofmann). Le facteur stérique n’est donc pas négligeable.2. est appelée oléfine de Saytzev. dans les systèmes pontés. H H Br Br H .2.2. Il en est de même si le groupe nucléofuge est lié à un cycle à six chaînons.3 Mécanisme monomoléculaire E1 L’élimination monomoléculaire E1 a un mécanisme proche de celui de SN1 (§ 8. nucléofuge. Dans ce cas. La seconde étape. qui est lente et donne la vitesse de la réaction totale. très rapide.11. n’est pas chargé et peu volumineux et qui sont extraits sous formes d’anions.1. Les réactions d’élimination 613 Des exceptions à la règle d’Hofmann caractérisent les composés dont Y.12). avec formation d’un carbocation et d’un anion. est le retrait d’un proton porté par CEH sous l’action de la base présente pour former une double liaison : c’est la différence avec SN1. consiste en l’ionisation de la liaison C-Y du substrat où Y est un groupe électroattracteur. Cette étape est identique à la première étape de SN1. Cette ionisation s’effectue sous l’action d’un solvant polaire (solvolyse) qui est souvent la base. V = k[(R1)(R2)CH-C(R3)(R4)Y] . ce sont les oléfines de Saytzev qui prédominent. La première. Il est aussi constitué de deux étapes (schéma 11.3). le groupe nucléofuge. La vitesse de l’élimination E1 est d’ordre 1. 11. on observe l’ordre de priorité suivant : tertiaire > secondaire > primaire. base rapide R3 C R2 C R3 Schéma 11. ou des doubles liaisons. La présence d’un carbocation dans le mécanisme E1 le rend non stéréospécifique et donc non stéréosélectif. la présence de plusieurs groupes rend plus difficile l’approche de la base et favorise plutôt l’attaque de CβH. mais ceux-ci ainsi que les groupes électroattracteurs -I ont ten- . Le substrat doit être substitué sur le carbone D par des groupes alkyles (carbone tertiaire ou secondaire). afin de stabiliser le carbocation et de faciliter sa formation. base R3 H R2 R4 C C + Y R3 H lent R4 C R1 rapide R4 R2 C C R3 R1 seconde partie (E + Z) H R4 C R1 R2 C R4 R1 . Par ailleurs. Si la réaction est effectuée des halogénures d’alkyles.H . aryles.12 Il existe donc une compétition entre le mécanisme SN1 et E1 puisque l’action de la base pourrait s’orienter a priori sur le carbocation (mécanisme SN1).614 Chimie organique SN1 R1 R2 Y C R1 solvant polaire C H R R3 4 R2 R4 C C R1 R1 Y + R3 R2 Nu C R3 H C H lent rapide R4 C (ionisation) Nu R2 R1 C R4 R3 H R2 C + R4 R3 C H Nu Elimination E1 première partie R1 R2 C Y C R R3 4 H R1 R2 C solvant polaire (ionisation et solvatation) . Ce dernier peut aussi être substitué par des groupes alkyles.H . celle qui est obtenue majoritairement (oléfine de Saytzev) est la plus substituées des deux dans la mesure où les substituants sont des groupes alkyles (règle de Saytzev). La présence de groupes permettant la stabilisation de la future double liaison par conjugaison est un facteur important permettant d’orienter la réaction vers une élimination plutôt qu’une substitution (le bromure d’éthyle. Note : dans la littérature. Le solvant ne figure pas dans l’ équation de la vitesse car sa concentration est constante (elle figure dans la valeur de k). le nom Saytzev. comme E2 par rapport à SN2. les éliminations par rapport aux substitutions. On trouve en particulier. L’augmentation de la température favorise l’élimination E1 par rapport à SN1.4).11. peut être orthographié de diverses manières en raison de l’origine russe de ce nom. l’élimination s’oriente vers E2. Toutefois. Zaïtzev et Saytzeff. dans les mêmes conditions en fournit 99 % en raison de la stabilisation par résonance avec le groupe phényle). fournit environ 1 % d’alcène tandis que le 1-bromo-2-phényl-éthane. et celle de CαH plus facile si celui-ci n’est pas trop encombré. lorsqu’une base est ajoutée à un solvant. Br > SMe2+ > NMe3+. elles orientent la réaction plutôt vers le mécanisme E2. par une gêne stérique rendant l’approche du carbocation difficile. Les réactions d’élimination 615 dance à orienter vers un autre mécanisme d’élimination appelé E1cB qui débute par la formation d’un carbanion (§11. Toutefois. et les bases ou nucléophiles très forts ont tendance à favoriser le mécanisme E2 par rapport à E1. et d’une manière générale. La polarité du solvant est nécessaire en raison de la solvolyse du substrat comme pour SN1. Il faut aussi noter que les bases volumineuses comme le t-BuO. . Ph-CH2-CH2Br. BrCH2-CH3.sont plus appropriées aux éliminations par rapport à des bases peu volumineuses comme EtO-. Dans la mesure où deux oléfines peuvent être formées par élimination E1 en raison de la présence de deux CβH (schéma 11. Comme déjà indiqué. Le groupe partant Y ne doit pas avoir un effet électroattracteur trop fort : ceux qui sont chargés positivement rendent l’hydrogène de CαH très acide et favorise le mécanisme E1cB. ainsi.13). Une polarité moyenne est préférable à une forte (ex : KOH dans EtOH oriente plutôt vers une élimination tandis que la potasse aqueuse conduit plutôt à une substitution). Les fortes concentrations de base. la base utilisée est souvent le solvant. ce qui s’explique pour t-BuO-. 11.13 L’explication de cette règle est trouvée dans le phénomène d’hyperconjugaison qui apporte une plus grande stabilité à l’oléfine la plus substituée par des groupes alkhyles hydrogénés.4 Mécanisme E1cB La dénomination E1cB correspond à une élimination à partir de la base conjuguée du substrat. ce qui n’est pas le cas dans le mécanisme E1. Il existe très peu d’exemples de ce mécanisme. mais les cas sont rares. Y étant parti avant le retrait du proton. On peut citer le retrait d’une molécule d’eau de l’alcool intermédiaire (A) dans la réaction de Knoevenagel (§ 10. la moins substituée spécifique de E2 Schéma 11. Parfois. des effets d’encombrements stériques ont plus d’influence que l’hyperconjugaison sur le résultat obtenu.4. . le résultat est inversé et c’est l’oléfine d’Hofmann qui est obtenue en raison de la présence du groupe électroattracteur Y lors de l’attaque de la base sur l’hydrogène le plus acide. Il est intéressant de remarquer que dans le cas d’une réaction d’élimination E2.3) et l’élimination d’une molécule d’eau d’un β-nitroalcool (B) sous l’action du méthylate de sodium (schéma 11.14).616 Chimie organique H3C C E1 H3C H3C C H CH CH H C H H H3C oléfine de Saytzev H la plus substituée -H C H (solvant basique) la plus stable thermodynamiquement H H3C H C CH C H 3C H H oléfine d'Hofmann. . et la seconde est le retrait de Y-. étape 2. mais la formation du carbanion est facile et rapide. .HO COOEt R CH HO C H NO2 Ar COOEt C C COOEt H .14 Si l’on considère les éliminations E1 et E2. Y et H sont extraits ensemble simultanément. b)étape 1 quasiment irréversible avec la formation lente du carbanion. il faut que le substrat porte des groupes attracteurs sur Cβ ( halogène. Les réactions d’élimination Y C 1) Y base.617 11. avec un intermédiaire qui est un carbanion. et dans E2. est d’abord retiré avant H de Cβ. dans E1. ArSO2…) afin de stabiliser le carbanion intermédiaire et que le groupe partant Y soit peu actif comme OH. Ce mécanisme est donc constitué de deux étapes : la première est la formation du carbanion.H C C C H Y 2) C C -Y C base ArCHO + CH2 (COOEt)2 A) Ar C H B) H C OH R HO H CH C H COOEt COOEt NO2 base . COOR. étape 2 lente : (E1)anion. c) étape 1 très rapide avec formation de carbanions stables. que H soit d’abord retiré sous forme de proton par une base. Il existe une troisième possibilité. étape 2. Selon la réversibilité de la première étape et les vitesses respectives de chaque étape. CN.Base-H Ar H C C OH C ArCH-CH(COOEt)2 OH COOEt .HO CH R C H NO2 Schéma 11. lente : (E1cB)l ou E1cBirr . OPh. NO2. le groupe Y. lente : (E1cB)R . Pour que le mécanisme E1cB puisse avoir lieu. avant que Y parte sous forme d’anion. E1cB se décline en plusieurs cas qui ont chacun un nom : a) étape 1 réversible.Base-H base . xanthates (§ 11. Actuellement. 11. et dans la plupart des cas. oxydes d’amines et halogénures de structures particulières (schéma 11. Le schéma 11. . et parfois en phase gazeuse. la discussion sur cette variation de E2 se poursuit. la température de la réaction est plus élevée. et l’autre fait intervenir des radicaux.dans les solvants aprotiques. la conformation est décalée et la stéréosélectivité syn est moindre. Par contre. un alcoolate dans l’alcool dont il dérive. Les mécanismes E2C fournissent préférentiellement des oléfines de Saytzev. les éliminations par pyrolyse ont lieu en l’absence de base. la conformation de la molécule est syn-périplanaire : H et groupe Y sont éclipsés.6. laquelle peut être le solvant lui-même. soit à sec. L’élimination péricyclique concertée nécessite le passage par un état de transition dans lequel les différents atomes qui le composent sont coplanaires. avec état de transition cyclique Certains acétates.1 – Mécanisme Ei. a conduit certains auteurs à expliquer cette « anomalie » par des états de transition dans lesquels la base peut interagir aussi bien avec le carbone portant Y qu’avec H de CβH.618 Chimie organique 11. les isomères érythro conduisent à des alcènes trans.5 Mécanisme E2C L’observation que certains halogénures ou tosylates d’alkyles donnent lieu à des éliminations E2 plus rapides avec des bases faibles. en phase gazeuse. et les isomère thréo à des alcènes cis. Il existe deux grands types de mécanismes.15). lorsque le mécanisme est à six centres (dont trois atomes du groupe Y).1g).15 montre trois exemples de mécanismes Ei : la déshydrobromation de bromure d’alkyles. la réaction de Cope (1949) (§ 11. puissants nucléophiles. 5 ou 6 centres. La vitesse de la réaction est alors : V = k[substrat] C’est un mécanisme d’ordre 1 comme E1. à la différence près que la stéréosélectivité est dans ce cas totalement syn et le mécanisme est intramoléculaire d’où la dénomination Ei. qu’avec les bases plus fortes utilisées habituellement. la coplanéité n’est plus requise. Ceci est la réalité pour les états de transition à 4 et 5 centres. X.ou PhS. et l’élimination d’une molécule dans les esters d’alkyles dérivés d’alcools ayant plus de deux carbones. 11.8. éliminent une molécule HY lorsqu’ils sont chauffés. La stéréosélectivité syn est donc importante. soit dans un solvant inerte.6 Eliminations par pyrolyse Contrairement aux mécanismes E1 et E2 qui s’effectuent toujours dans un solvant en présence de base. Dans ces cas.1e) faisant intervenir un oxyde d’amine tertiaire. Contrairement aux résultats de l’élimination E2. l’un passe par un état de transition cyclique à 4.8. Les réactions d’élimination R3 R3 R4 R1 R2 R1 R2 R1 R4 C Br Br R3 + HBr C R2 R4 H H état de transition à quatre centres R3 R3 R4 O C H O R4 état de transition à cinq centres R4 R3 O R1 + HO-NMe2 C R2 H O réaction de Cope R2 R3 C NMe2 NMe2 H R1 R2 R1 R2 R1 R4 CH3 R4 R3 R2 R1 O R1 C H CH3 R3 C R2 C + HO-COCH3 R4 O état de transition à six centres Schéma 11.15 Il a été démontré que lorsque Y = un halogène (I. des xanthates. mais les réactions se font à des températures peu élevées et leurs stéréosélectivités restent bonnes. Par contre. des sulfoxydes. et la réaction de Cope sont très proches d’une élimination de type E1.619 11. l’oléfine se forme à partir du substituant inférieur ». Le caractère « concerté » de cette réaction croît avec la nature de l’halogène : I > Br > Cl. Lorsque les deux Cβ portent un ou plusieurs hydrogènes sur un substrat acyclique. . l’état de transition a des caractéristiques physicochimiques qui laissent supposer un certain caractère de carbocation. « si l’atome d’azote est lié à divers substituants. a lieu à haute température ce qui favorise des réarrangements. dans les composés cycliques (par exemple dérivés du cyclohexane). ce qui pourrait s’expliquer par l’ouverture de la liaison C-X avant celle de C-H et se rapprocherait un peu d’un mécanisme E1. l’élimination suit la règle d’Hofmann (1851). Cette remarque pourrait expliquer aussi une plus faible stéréosélectivité pour ce type de réaction qui. c’est-à-dire que l’alcène prépondérant est celui qui est le moins substitué. de plus. ce qui peut orienter l’élimination. Dans tous les cas. Des effets stériques peuvent jouer un rôle important dans la structure de l’état de transition en positionnant les différents atomes de telle sorte que les interactions stériques soient les plus faibles possibles. la règle de Saytzev s’applique le plus souvent. D’autres réactions comme la pyrolyse des esters. Br ou Cl. la stabilisation de la nouvelle double liaison par conjugaison oriente la réaction. mais pas F car les fluorures d’alkyles sont trop stables). Les deux dernières réactions peuvent se reproduire jusqu’à disparition du produit de départ. Ce dernier réagit alors sur une nouvelle molécule d’halogénure d’alkyle en extrayant un radical H• ce qui conduit à un nouveau radical alkyle et une molécule d’halogénure d’hydrogène. d’oxyde de carbone.7 Réactions d’extrusion Comme cela a été indiqué au début de ce chapitre. Enfin. dans le cas de cycles à trois chaînons (réaction de Ramberg-Bäcklund (§ 11. Dans le cas d’un monohalogénure d’alkyle (schéma 11. c’est la phase de propagation.2d). 11. L’élimination d’une molécule d’azote.8. entre autres. initiation R1 CH CH2 R1 ∆ X CH CH2 + X R2 R2 propagation R1 R1 CH CH2 X C X + C X CH2 X + HX R2 R2 R1 R1 CH2 C CH2 + C CH2 X R2 R2 terminaison 2 C R2 R1 R1 R1 CH2 X + R2 CX CH2 X R2 (dismutation) Schéma 11. conduit à une contraction des cycles.16 Ce radical alkyle libère un radical halogène et l’alcène.6. voire une triple liaison. ou à une double. des hétérocycles. Dans de nombreux cas. les réactions d’extrusion sont spécifiques.2 – Mécanisme d’élimination radicalaire Bien que les mécanismes d’élimination radicalaire soient sans doute présents dans de nombreuses réactions à températures élevées. .620 Chimie organique 11. ou d’un atome de soufre. la terminaison s’effectue par une dismutation du second radical alkyle ce qui fournit un alcène et un composé β-dihalogéné. ils ont été assez peu étudiés (en raison de difficultés expérimentales) sauf pour les monohalogénures d’alkyles et quelques polyhalogénures qui sont assez bien connus. la réaction débute par une initiation avec rupture homolytique de la liaison C-X et formation de deux radicaux. d’anhydride carbonique. sont radicalaires. d’anhydride sulfureux. pour leur majorité.16). ces réactions effectuées par pyrolyse ou photolyse. alkyle et halogène. 17 Par pyrolyse. Les réactions d’élimination Elles nécessitent parfois la présence d’un réactif. Celui-ci. Par photolyse.3-triazine H H NH H H N 9.2.17.621 11. la 1-pyrazoline élimine N2 avec formation d’un diradical qui se cyclise en cyclopropane (1).N2 C C N2 C C C C carbène C C cyclopropène Schéma 11. comme le cuivre dans les réactions de désulfuration. qui présente une mésomérie. les dérivés du 3H-pyrazole (3) conduisent à des intermédiaires diazo qui. . 1) N N ∆ .N2 cyclopropane 1-pyrazoline H H N N N 2) H H N H H ∆ .10H-phénanthridine N-phényl-benzoazétidine 3) hν N C N 3H-pyrazole .2. Un diradical résulte aussi du chauffage de la 3-phényl-4H-benzo-1. peut se cycliser en un dérivé de benzoazétidine ou de phénanthridine.3-triazine (2). par perte de N2. fournissent des vinylcarbènes qui se cyclisent en dérivés du cyclopropène.N2 N 3-phényl-4H-benzo-1. Quelques exemples de ces réactions d’extrusion dans quelques hétérocycles sont présentés dans le schéma 11. 2-diphényl-1. par une double réaction d’extrusion.CO2 Ph dérivé 4.19 R R' .2-thiazine-1. 4) S ∆ -S Cu N H N H phénothiazine carbazole 5) N ∆ .SO2 Cu SO2 pyrrole 1. un pyrrole.1-dioxyde 6) N . d’une part. et d’autre part. les dérivés 4.1-dioxyde (5) perdent respectivement S et SO2 par pyrolyse en présence de cuivre pour donner. du carbazole.2-thiazine-1.S.18 Par ailleurs.2-diphényl-1. (Et2N)3P . schéma 11.3-oxathiolan-5-one (schéma 11.CO O O O benzofurane coumarine Schéma 11.18) et la 1. conduisant à des dérivés du 1.4-disubstitué de la 2. le chauffage de la coumarine (6) à très haute température permet l’extrusion de CO ce qui fournit le benzofurane.4-disubstitués du 2. R R' S Ph Ph O O Ph ∆.1-diphényléthène.3-oxathiolan-5-one Schéma 11.19) chauffés en présence de tris(diéthylamino)phosphine éliminent à la fois S et CO2.622 Chimie organique La phénothiazine (4. Enfin. . La règle de Saytzev est respectée. comme H2SO4 ou H3PO4. ce qui n’empêche pas le mécanisme E1 d’avoir lieu. mais pour le fluor.8.HX C C C X Schéma 11. Ce dernier perd un proton porté par le Cβ ce qui conduit à l’alcène.8 Exemples de réactions d’éliminations 11. L’eau est éliminée en libérant un carbocation. Il est probable que dans le cas de l’acide sulfurique. En présence d’une base comme la potasse alcoolique.21). Le groupe hydroxy est d’abord protoné. L’élimination suit la règle de Saytzev.1 – Formations de doubles ou triples liaisons carbonées par retrait de HY 11. La déshydratation des alcools peut aussi résulter d’une élimination en phase vapeur sur l’alumine. La facilité de la réaction est souvent fonction des halogénures : RI > RBr > RCl > RF. est nettement prépondérant par rapport à E1. Selon les conditions de la réaction. le mécanisme E2. . mais aussi les amines et certaines amidines. c’est la règle d’Hofmann qui s’applique. Pour les trois premiers. comme le DBN et le DBU (figure 11. stéréospécifique.623 11. les alcools sont déshydratés pour former des alcènes.20 En présence d’acides. Par contre. D’autres bases ont été utilisées comme les alcoolates ou les amidures. le t-butylate de potassium dans le t-butanol. Al2O3 : le mécanisme en est mal connu. la réaction suit la règle de Saytzev. un ester inorganique soit un intermédiaire dans cette réaction.H 2O C -H C C C H H Schéma 11. par exemple. plusieurs mécanismes sont possibles. Les réactions d’élimination 11. si l’oxyde de thorium remplace l’alumine.8.3).8.21 La déshydrohalogénation des halogénures d’alkyles est une réaction très classique pour la préparation des alcènes (schéma 11. celle d’Hofmann.1a – Déshydratation des alcools en milieu acide C C H OH H C C H OH . 11. Cette dernière s’applique aussi lorsqu’une base volumineuse est utilisée.1b – Déshydrohalogénation C H . 22).24 C C .23 11.ou vic-dihalogénoalcanes. sans catalyseur. Il en est de même des halogénoalcènes -CH=C(Cl)-.HOTs C OTs Schéma 11.624 Chimie organique La réaction de déshydrohalogénation peut être effectuée. Les chlorures d’acides possèdant un CαH. Lorsque la déshydrohalogénation est réalisée sur des gem.HCl Cl R C C O R' cétène chlorure d'acide Schéma 11. mis en présence d’amines tertiaires. elle conduit aux alcynes correspondants.22 Par contre avec une base forte comme l’amidure de sodium capable de former un sel de l’alcyne.23). l’alcyne est interne. autour de 400 °C. le mécanisme peut être intramoléculaire Ei (mécanisme avec état de transition à 4 centres) ou (et) radicalaire. à côté de faibles quantités d’allène si la structure du substrat le permet.8.1c – Décomposition des tosylates et autres esters d’acides sulfoniques C H . R O R' C N(Et)3 C H . par chauffage. si la base est alcaline ou un alcoolate. conduisent aux cétènes correspondants (schéma 11. H3 C H C H CH3 C Cl Cl ou H 3C CH3 H C C H Cl Cl H 3C H C H C HO H3 C C ou RO CH3 Cl Cl C CH3 + alcyne interne prépondérant NH2 H3 C C H3C C C H CH2 allène et C CH3 H3C CH2 C alcyne interne CH alcyne terminal prépondérant Schéma 11. car la plus stable thermodynamiquement (schéma 11. Dans la plupart des cas. l’équilibre entre formation d’alcyne terminal et d’alcyne interne est déplacé vers l’alcyne terminal en raison de la facilité de formation du sel de ce dernier. Dans ce cas. Les réactions d’élimination Les tosylates d’alkyles et d’autres esters d’acides sulfoniques sont décomposés en présence d’hydroxydes alcalins en solution. À l’état de transition E2. le carbone substitué par l’azote. le produit formé suit la règle de Saytzev. Dans ce dernier cas. à côté de l’élimination. et en présence de base forte. un alcène est formé (schéma 11. l’hydrogène de CβH le plus acide est celui qui est attaqué par la base. Certains réactifs comme l’oxalate de bis (tétra-n-butylammonium) permettent de l’éviter. Comme cela a déjà été mentionné (§ 11. est une réaction secondaire. Ce sont des composés instables. l’azote. le carbone le moins substitué. La substitution.25). les mécanismes E1 et E2 sont possibles.25 L’alkylation dite exhaustive des amines (en présence d’un excès de réactif alkylant) conduit à des sels d’ammonium quaternaires.625 11. .24).1d – Dégradation des hydroxydes d’ammonium quaternaires ou élimination d’Hofmann C ∆ C H H3C N . sauf si le groupe amino est lié à un cyclohexane. Selon les conditions de la réaction.N C C . un de ses hydrogènes (s’il en possède plusieurs) et l’oxygène de OH sont situés approximativement dans un même plan.2). Le mécanisme est généralement E2 fournissant généralement l’alcène le moins substitué selon la règle d’Hofmann.8.HOH CH3 HO hydroxyde d'ammonium quaternaire Schéma 11. en produisant des alcènes (schéma 11. 11. elle a été très utilisée au début du XXe siècle pour déterminer les structures complexes de composés aminés d’origine naturelle. par un mécanisme Ei à 5 centres. Lorsque l’amine est très encombrée.626 Chimie organique Et Me C CH CH2-H Et Me ICH3 C H CH CH2-H H N N Me Et Me Ag2O H2O .26) : l’amine primaire. la réaction d’élimination d’Hofmann s’effectue de la manière suivante (schéma 11. R2 R1 C C R4 R3 N CH2 H H R1 R2 C H C R4 R3 Ei N CH2 ylure HO Schéma 11.27) : un ylure est alors formé. Il conduit.26 Pratiquement. L’addition d’oxyde d’argent humide permet l’échange de l’anion iodure par l’anion hydroxyde. par l’identification des composés de dégradation.AgI C CH N I amine CH2-H H iodure d'ammonium quaternaire Me HO hydroxyde d'ammonium quaternaire H le plus acide HO HO Et Me C CH H CH2 ∆ Et Me H N Et Me H C CH CH CH2 + N H H N Me H le moins acide Me C CH + H-O-H alcène le moins substitué règle d'Hofmann Me état de transition E2 Schéma 11. Cette réaction n’a qu’un faible intérêt pour la synthèse d’alcènes. formés par cette réaction. à la formation d’un alcène. toutefois. ce qui fournit l’hydroxyde d’ammonium quaternaire. de faibles masses moléculaires. faciles à définir. le résidu est chauffé entre 100 et 200 °C pour que l’élimination ait lieu. Lorsque les solvants sont évaporés. il est possible que la base HO.27 R4 R2 C R1 C R3 + N CH3 . secondaire ou tertiaire est traitée par un excès d’iodure de méthyle.attaque non pas CβH mais plutôt l’un des groupes méthyles portés par l’azote (schéma 11. La solution aqueuse ou alcoolique de ce composé est ensuite distillée sous vide. et un iodure d’ammonium quaternaire en résulte. les alcaloïdes. 627 11.28 Les composés analogues aux hydroxydes d’ammonium quaternaires.28). C H KNH2. NH3 C C H Ei C C C N CH N CH2 X Schéma 11.30 . Les réactions d’élimination Le même mécanisme Ei a lieu lorsqu’un halogénure d’ammonium quaternaire dont l’un des substituants de l’azote possède un CαH est chauffé en présence d’une base très forte comme le phényllithium ou l’amidure de potassium dans l’ammoniac liquide (schéma 11.29 Des alcynes peuvent être obtenus par une double réaction d’élimination d’Hofmann (schéma 11.30). H H C N OH ∆ C C C + 2 H2 O + 2 N CH3 N CH3 CH3 OH Schéma 11. C H CH3 ∆ E2 C S C + S C + H2 O H 3C HO C H C C Ei S Br CH3 Ph2CHNa + S C H 3C Schéma 11. les hydroxydes de sulfonium donnent lieu aux mêmes réactions avec formation d’alcènes par les mécanismes E2 et Ei indiqués précédemment (schéma 11.29). 11.8.2a). cette réaction peut être suivie immédiatement à 20 °C de l’élimination. avec ouverture du cycle (schéma 11.8. R1 R2 C H C R4 R3 N R R2 R1 ∆ Ei C C N H R O R = CH3.1f – Pyrolyse des esters d’acides carboxyliques C C Ei O H O C C + R COOH C R H O Ei COOH O Schéma 11. Les lactones dont les cycles sont supérieurs à 6 chaînons conduisent à des acides insaturés.1e – Pyrolyse des oxydes d’amines (réaction de Cope) (À ne pas confondre avec le réarrangement de Cope qui s’applique à des 1.31. C2H5. est donc d’une très grande utilité en synthèse.32). est une réaction qui présente l’un des plus hauts pourcentages de stéréosélectivité syn. L’hydroxylamine n’est pas isolée car elle est oxydée par un oxydant doux ajouté à l’oxyde d’amine. . La température peu élevée de l’élimination évite des réarrangements qui ont lieu à plus haute température. Lorsque l’amine est très encombrée. C3H7 R4 R3 O R2 R1 R R R4 C C R3 R N H R O R2 R4 C R1 C + HO-N R3 R R Schéma 11. C’est une excellente méthode de préparation des alcènes et il existe peu de réactions d’isomérisation ou de réarrangement.31 Le chauffage autour de 100 °C des oxydes d’amines tertiaires avec formation d’alcènes et d’hydroxylamine dont la réaction et le mécanisme sont donnés dans le schéma 11. La réaction de Cope (1949).5-diènes (§ 14. L’isomérisation du N-oxyde en hydroxylamines O-substituées est possible et représente une réaction secondaire gênante. Le N-oxyde d’amine est obtenu en traitant l’amine par le peroxyde d’hydrogène ou un peroxyacide.628 Chimie organique 11. et fournissent chacun un alcène (équivalent à la déshydratation de l’alcool) et un acide.32 Les esters d’acides carboxyliques formés à partir d’alcools possèdant CβH sont pyrolysés à des températures supérieures à 300 °C (en phase gazeuse).8. 8. 11. dans un solvant non polaire ou à sec.1g – Pyrolyse des xanthates de méthyle (réaction de Chugaev ou Tchugaev) C S C H C S C H O O S H NaOH puis XCH3 C C C C S C H O SCH3 SH xanthate de méthyle R2 R1 C C H R4 R3 O S C ∆ R2 Ei R1 O R4 C + C R3 C HS SCH3 SCH3 O C S + CH3SH méthanethiol Schéma 11. NaH) pour former un xanthate de sodium. Les réactions d’élimination 11. Son chauffage entre 110 et 210 °C. C’est la réaction de Chugaev (1899).8.1h – Pyrolyse des sulfones C H Ei C C C + RSO2H SO2R Schéma 11. Le problème principal de cette réaction est lié à la présence de dérivés soufrés qui contaminent l’alcène.629 11. fournit un alcène (schéma 11. . NaNH2. un xanthate de méthyle est obtenu.33).33 Les alcools réagissent avec le sulfure de carbone en présence d’hydroxyde alcalin (ou K.34 Les sulfones qui possèdent un C βH produisent par pyrolyse des alcènes selon un mécanisme Ei (schéma 11. peu de réarrangements sont possibles ainsi que d’isomérisations.34). La facilité de la réaction dépend de la nature de l’alcool : tertiaire > secondaire > primaire. Par addition d’un halogénure de méthyle. température inférieure à la décomposition des esters d’acides aliphatiques. difficiles à éliminer. En raison de la température peu élevée de l’élimination. lorsqu’ils sont chauffés.35 Les composés organométalliques. K.2) est une réaction de réactifs nucléophiles sur les doubles et triples liaisons carbone-carbone liées à un groupe électroattracteur.1i – Pyrolyse des composés organométalliques C Ei C C + MH C M H M = Na. Mécanisme Ei COOR COOR CH2 ∆ CH H N CH2 H N H CH R-NH + H2C H H CH COOR R R Mécanisme E1cB O R-HN CH2 CH C O R-HN O CH2 CH C OR R-HN OR OR H B (dans un solvant polaire) R N H H BH -B O R N H + CH2 CH C OR Schéma 11. potassés. produisent des alcènes s’il existe un CβH (schéma 11.36 La réaction de Michaël (§ 9.35). Il est vraisemblable que le mécanisme impliqué soit Ei. lithiés et organomagnésiens. les deux molécules à l’origine de l’adduit sont obtenues (schéma 11.8. Par chauffage de l’adduit formé par cette réaction. Li Schéma 11. 11.630 Chimie organique 11.1j – Réaction de rétro-Michaël ∆ ou B CH2 CH COOR R-HN H R-NH + H2C H CH2 COOR Schéma 11.37 CH2 CH C . Elle est équilibrée. sodés.36).8. 8. Les mécanismes impliqués sont divers et peuvent faire intervenir toutes les entités réactives y compris les radicaux.38). Les réactions d’élimination La réaction est souvent facilitée par la présence d’une base.ZnBr2 X Br Br + C C 2Br Br + C C Schéma 11. Br C Br I C Br rapide C C lent C C + IBr + Br Br I Schéma 11. un mécanisme a été proposé (schéma 11. en présence d’une base (attaque de CH en α du groupe COOR dans l’exemple présenté).631 11. proche. le retrait de ces halogènes (sauf le fluor) par certains réactifs comme le magnésium. Dans le cas du zinc. mais inverse de celui de l’addition du brome sur les alcènes qui fait intervenir un ion ponté.37) sont Ei (état de transition à quatre centres). la double liaison est terminale (schéma 11.39 Lorsque le composé traité par le zinc dans le méthanol est un 1. Les mécanismes impliqués (schéma 11. parmi d’autres.2 – Formation de doubles ou triples liaisons carbone-carbone par élimination de deux atomes ou groupes portés par ces carbones 11.39.40 (A)). le sodium dans l’ammoniac liquide.1-dihalogénure.+ C .2a – Déshalogénation de dihalogénures vicinaux ou géminés C Zn C X Br C C C Zn 2+ + 2e- Zn 2e. L’utilisation d’ions iodures conduit à un résultat semblable selon le mécanisme.38 Si les dihalogénures vicinaux sont obtenus par addition d’halogènes sur les doubles liaisons. 11. la phénylhydrazine. Il est donné dans le schéma 11. l’action du sodium dans l’éther conduit à un alcène symétrique à partir de deux molécules de composé bromé . le zinc. Par contre.8. et E1cB. ou le sulfure de sodium dans le diméthylformamide (DMF). 3-tribromopropane par la potasse solide à chaud (E). ∆ .2.4 NaBr C H3C .(C).3-dibromopropène qui provient de la débromhydratation du 1.ZnBr2 Schéma 11.4dibromobut-2-yne (F).632 Chimie organique (B) : c’est en partie une extension de la réaction de Wurtz qui permet l’allongement de la chaîne carbonée. L’allène. Les diènes conjugués.ZnBr2 4 Na X C Zn Zn Zn C C C C C C .40 H 2C C C butatriène CH2 .4 (D). selon une élimination 1.1-dibromopropane x2 B) C) ou X D) Br C C 1 C CH2 CH CH CH2 CH3 hex-3-éne X X C C X Br 4 CH2 H3C X C CH propène . La réaction est utilisée aussi pour obtenir des alcynes à partir de >C(X)=C(X)<. résultent de cette réaction appliquée aux composés de la forme.3-tribromopropane C CH2 2. CH2=C=CH2.ZnBr2 diène conjugué Br E) Br CH2 C H Br KOH . Enfin. >C(Br)-C(R)=C(R)-C(Br)<.ZnBr2 CH2 Br 1. >C=C(R)-C(R)=C<. et de -C(X2)-C(X2).4-dibromobuy-2-yne C CH2 allène Zn .HBr CH2 Br Br CH2 1.2. les cumulènes résultent d’une élimination-1.4 appliquée à des alcynes. est obtenu à partir du 2. X-CC≡C-C-X : par exemple le butatriène (cumulène) résulte de l’action du zinc sur le 1.3-dibromopropène Br Br F) Br CH2 CH2 C CH2 C C Zn H2C . A) H 3C CH2 CHBr2 1. Ce dernier peut aussi être .44) sur un aldéhyde possèdant CαH2 lequel est ensuite bromé ce qui conduit à un éther α.633 11. 11. Lorsque la réaction est effectuée avec deux halogénures. thioéthers.42 C’est une substitution nucléophile aliphatique (schéma 11. Le zinc peut être remplacé par la triphénylphosphine (schéma 11. ce qui conduit à R-R et MX. la réaction de Boord (1930). OTs Y = OH (X = Br.MX RM RX R-R .MX Schéma 11. Cl Y = OR. le cuivre. qui est suivie par l’attaque de RM par une nouvelle molécule RX.41 La réaction de Wurtz (1855) consiste à créer une liaison entre deux carbones substitués par un halogène.43 À l’origine. consiste à préparer un éther α-chloré par addition de HCl et d’alcool (schéma 11. RX 2M . l’un aliphatique et l’autre aromatique. SR. R1 R2 C O C C ou Ph3P Cl Cl R1 Zn C O R2 R1 et R2 = H Schéma 11. alcools et acétals E-halogénés (réaction de Boord) C X Zn C C C Y X = halogène Br. l’argent. mais aussi d’autres métaux comme le zinc. I) Schéma 11.8. Les réactions d’élimination L’action du zinc sur les chlorures d’acides α-halogénés n’ayant pas d’hydrogène comme substituant de Cβ fournit les cétènes correspondants. conduit à un alcane R-R. OCOR.41). amines.β-dibromé (1a). Il se forme d’abord un composé organométallique RM par réaction entre RX et le métal par échange entre X et M.42). N(R)2. la réaction est appelée Wurtz-Fittig.2b – À partir des éthers. Ce couplage de deux molécules d’halogénures d’alkyles RX sous l’action du sodium. 8. fournit l’alcène trisubstitué (schéma 11. traités par la triphénylphosphine ou le triéthylphosphite. Il faut y ajouter les acétals β-halogénés qui sont transformés en éthers vinyliques. C4H9OH RCHBr-CH(R")OR' Zn RCH=CHR' RCH=CHR" Schéma 11.2c – Conversions des oxiranes. seul le brome en position α est substitué par le groupe apporté par ce réactif ce qui fournit un éther β-bromé (1b). un alcène est produit. Le mécanisme débute par une substitution nucléophile SN2 accompagnée de l’inversion de configuration du carbone attaqué : une bétaïne en résulte. les amines tertiaires. fournissent les oléfines correspondantes.45).44 On peut aussi obtenir des alcènes trisubstitués par cette méthode : dans ce cas. Cette réaction de préparation des alcènes permet d’obtenir des composés exempts d’isomères contrairement à la méthode de déshalogénation. traitées par l’hydrure de lithium aluminium. ce qui inverse les positions . 1a) R-CH2-CHO + HCl + EtOH 1b) R-CHBr-CH(Br)-OEt 2) RCH2=CHOR' Br2 R'MgX R-CH2-CHCl-OEt Br2 RCHBr-CH(R')-OEt RCHBr-CH(Br)OR' R'MgX RCHBr-CH(Br)-OEt Zn . L’éther vinylique qui en résulte est alors bromé. Br2 RCH(Br)-CH(R')-OEt KOH EtOH RCH=C(R')-OEt RCHBr-C(R')(Br)-OEt R"MgX RCHBr-C(R')(R")-OEt RCHBr-C(R')(Br)-OEt Zn RCH=C(R')(R") BuOH Schéma 11.45 L’élimination n’est pas stéréospécifique.634 Chimie organique obtenu par bromation d’un éther vinylique (2). les bromhydrines. en présence de trichlorure de titane. parmi d’autres réactifs. les tosylates β-halogénés conduisent à des alcènes par cette réaction. Par action d’un organomagnésien. Une rotation autour de la liaison qui unit les deux carbones centraux est ensuite nécessaire pour former un hétérocycle. un éther β-bromé est d’abord déshydrobromé par action de la potasse. forment un alcène par retrait de Br et OH. Le zinc peut être remplacé par le magnésium. Les thioéthers. un oxaphosphacyclobutane ou oxaphosphétane. Enfin. Un mécanisme E1cB a été proposé. thiiranes et aziridines en oléfines Les oxiranes ou époxydes. Le composé dibromé obtenu est mis en présence d’un organomagnésien ce qui fournit un éther β-bromé trisubstitué qui. le sodium. En présence de poudre de zinc à chaud. par action du zinc dans le butanol à l’ébullition. 11. Les réactions d’élimination des groupes R3 et R4 par rapport à leurs positions relatives de départ vis-à-vis des groupes R1 et R2. O R2 C R1 O C C R2 C R2 R4 C R3 R1 C R4 R3 R3 R4 Ph3P Ph3P R1 R2 C C R3 R4 R2 R1 Ph3P R1 C C Ph3P O O R4 R3 oxaphosphacyclobutane ou oxaphosphétane R3 et R4 inversés par rapport au composé de départ + Ph3P=O oxyde de triphénylphosphine Schéma 11. mais le résultat de « l’élimination » est syn ce qui laisse supposer un autre mécanisme. mais sur le soufre en raison de son caractère thiophile. La réaction se ferait directement à partir de la bétaïne par une élimination concertée à quatre centres.635 11. Il s’expliquerait par une attaque du phosphite. en raison de la rotation autour des carbones centraux dans la seconde phase du mécanisme. . l’élimination d’oxyde de triphénylphosphine conduit à l’alcène (schéma 11. Si cette élimination est syn.46). l’ensemble du mécanisme correspond en fait à l’équivalent d’une élimination anti. Selon des études récentes. le passage par l’oxaphosphétane n’aurait pas lieu. Par un mécanisme péricyclique. non pas sur un carbone cyclique.47).46 Les thiiranes en présence de triéthylphosphite donnent lieu à une réaction équivalente à celle des oxiranes (schéma 11. 49 C C .HX SO2 C ∆. P(OEt)3 S R1 S P(OEt)3 C R1 C .8.636 Chimie organique Les sulfoxydes correspondants ou monoxydes de thiiranes qui résultent de l’action de peroxyacides ou périodate de sodium sur les thiiranes sont décomposés par chauffage en oléfines et monoxyde de soufre (réaction d’extrusion).SO R3 R1 R3 C C R2 + R4 C C R3 R2 R4 R4 R2 Schéma 11.47 Les aziridines non substituées sur l’azote.N2 O C R1 C R3 R4 R2 R1 R3 C C R4 R2 Schéma 11. produisent des alcènes par action de l’acide nitreux (schéma 11. Un dérivé N-nitrosé est d’abord formé : la réaction est stéréospécifique puisque les aziridines cis donnent des alcènes cis et inversement avec les aziridines trans. − SO2 C C X Schéma 11.2d – À partir des sulfones D-halogénées (réaction de Ramberg-Bäcklund) via des dioxydes de thiiranes O2 S C H HO .48).S=P(OEt)3 R3 R4 R2 C R1 C R2 C R4 R3 R4 R2 O R3 C élimination "syn" O S C R1 R1 C ∆ . NO H N C R1 N HNO2 C R3 R4 R2 .48 11. 7-dihydrothièpine-1.50). S O2 ∆ .4) butadiène 2.1-dioxyde Schéma 11. Le chauffage libère l’alcène (réaction d’extrusion).51) donnent lieu respectivement à des éliminations1.α-dihalogénées.6 par chauffage.1-dioxyde ∆ . Une réaction SN2 intramoléculaire s’ensuit qui conduit à l’épisulfone. soit d’éthanolate dans l’éthanol.5-dihydrothiophène-1.SO2 (élimination-1.5-triène.5-triène 2.49). soit de phényllithium dans le benzène. R1 H H R2 C C H R1 SO2 HO X H2O H C C R2 C -X X SO2 R1 H C C H R2 dioxyde de thiirane ou épisulfone O2 S R1 H H O2 S R2 R1 C H R2 ∆ .β-insaturés.5-dihydrothiophène-1.3. soit d’hydroxyde de sodium en solution aqueuse ou dans le dioxane aqueux.51 . La réaction débute par la formation d’un carbanion issu du retrait du proton de CαH. Il est intéressant de remarquer que d’autres hétérocycles monoinsaturés ou diinsaturés comme le 2. la réaction conduit à des acides α.SO2 S O2 (élimination-1.1-dioxyde et le 2. en présence. Un mélange d’alcènes cis et trans en résulte avec.7-dihydrothièpine-1.50 Si le substituant R2 est COOH.4 et -1. elles conduisent à des alcynes. La réactivité des halogènes suit l’ordre : I > Br >> Cl. Les réactions d’élimination Les dioxydes de thiiranes ou épisulfones ont la propriété de se décomposer sous l’action de la chaleur ou d’une base en produisant des oléfines et en libérant l’anhydride sulfureux (réaction d’extrusion). conduisant au butadiène et à l’hexa-1.6) hexa-1.637 11. Si les sulfones sont α. Elle consiste à chauffer une sulfone α-halogénée possèdant un groupe CαH. Ces composés sont des intermédiaires dans la réaction de RambergBäcklund (1940) (schéma 11. dans la plupart des cas une prépondérance du composé cis sauf si les substituants sont volumineux (schéma 11.SO2 C C H H R2 H + C R1 C H prépondérant si R1 et R2 peu volumineux Schéma 11.1-dioxyde ayant un chaînon SO2 (schéma 11.3. (RO)3P. soit de la N.Le premier consiste à traiter d’abord le diol par la soude et le sulfure de carbone. ce qui signifie que les deux liaisons σ d’un atome du composé entrant en réaction sont brisées (ou établies dans d’autres cas) simultanément. L’élimination peut être indirecte. . puis par le chlorure de potassium et de tungstène K2WCl6. Deux cas sont possibles : . Le mécanisme (radicalaire ou ionique) n’est pas clairement établi.S=P(OR)3 .Le second cas repose sur la préparation d’un thionocarbonate cyclique qui résulte de l’action.8. ce qui forme un bis-xanthate.638 Chimie organique Les réactions de ce type sont dites chélétropiques.2e – À partir de diols vicinaux R2 R1 C C HO R4 R3 LiMe OH R2 R1 THF C C R4 R3 K2WCl6 ∆ O O Li Li R2 R4 C C R1 R3 Schéma 11.53). 11. CSCl2. la 4-N.53 . puis à chauffer ce composé avec du tri-n-butylstannate dans le toluène (schéma 11.N-diméthylaminopyridine (DMAP). soit du thiophosgène (composé très toxique).CO2 C R1 C R3 N C N S N. Cette élimination est plutôt syn. 1963). en présence d’une base.N-diimidazolylthiocétone. et l’élimination est stéréospécifique syn (réaction de Corey-Winter. R2 R1 C C HO R2 R4 R3 CS2.52 Les deux groupes hydroxy des diols vicinaux peuvent être éliminés pour conduire à des alcènes si les diols sont d’abord traités par le méthyllithium dans le tétrahydrofurane (THF) pour former un double alcoolate. Ce thiocarbonate cyclique est ensuite chauffé avec un trialkylphosphite.N'-diimidazolylthiocétone Schéma 11. puis par l’iodure de méthyle. NaOH OH R1 puis MeI CSCl2 DMAP R2 R1 C C C S S C S O C S R4 R2 C C R1 R3 Me Me R4 R3 O O C O S C R4 R3 Bu SnH 3 N N R4 R2 (RO)3P . du schéma 11..N’-carbonyldiimidazole (analogue de la N. P2O5.53).8.54 11. HC(OEt)3. CH3N=C=O. Leur orientation est liée aux conditions expérimentales.54.639 11.8. D’autres composés qui réagissent comme des déshydratants à température ordinaire ont été utilisés. le chloroformiate de trichlorométhyle. un alcène et un aldéhyde (2).N’-diimidazolylthiocétone. 1). comme l’orthoformiate d’éthyle.δ-insaturés. plutôt de configuration anti ou E. l’oxyde de sélénium.55 Les aldoximes. d’une part.4 – Formation de triples liaisons C{N 11. Il s’agit. à des réactions d’élimination. On peut aussi préparer directement les nitriles en mettant au reflux l’aldéhyde dans l’acide formique avec du chlorhydrate d’hydroxylamine et de l’acétate de sodium. Les réactions d’élimination 11. de droite à gauche. 1) C O C H C 2) C C C C ∆ C C O C + H C H C ∆ O H H C C + C O C H Schéma 11.3 – Formation de doubles liaisons C=O Les réactions d’additions présentées au chapitre 10 (« Additions sur les doubles liaisons >C=O.. et d’autre part. Il existe aussi certaines réactions dont le mécanisme est péricyclique et qui libèrent des composés cétoniques.55). ou le N. …) sont pour la plupart réversibles ce qui correspond. qui fournissent par chauffage. C’est une méthode classique de leur synthèse. de la pyrolyse des éthers allyliques qui possèdent un CαH (schéma 11. ClCOOCCl3. SeO2. l’isocyanate de méthyle.4a – À partir d’aldoximes et de leurs dérivés O-acylés et O-sulfonés H déshydratant C N R OH . . traités par l’anhydride acétique ou le pentoxyde de phosphore sont déshydratés pour produire des nitriles (schéma 11. des alcools γ. S est remplacé par O. entre autres. Schéma 11.H-OH R C N déshydratant = (MeCO)2O.8. en milieu acide. 56).5) qui.H-OZ C N Z = COR. O-acylés. le transforme en amide secondaire R’-CO-NH-R. (schéma 11.3.8. l’anhydride sulfurique.4b – À partir de certaines cétoximes Cette réaction parfois appelée fragmentation de Beckmann. PCl3.HCl N Me R . SO3. 11.OPCl4 N N OH C OPCl4 R étape lente instable ou peu stable 1er cas: R Me Me C H2O C O N N R R Me Me H -H H C O C O H N NH R R équilibre tautomère iminoalcool-amide 2nd cas: R très stable Me Me C C N R + R N fragmentation de Beckmann acétonitrile étape rapide Schéma 11. SOCl2.57 est une réaction secondaire du réarrangement de Beckmann (§ 14. ou O-sulfonés produit les nitriles correspondants (schéma 11. la pyrolyse des dérivés d’aldoximes. p-MeC6H4SO2Cl. SO2Ar Schéma 11. un acide fort comme l’acide sulfurique ou un acide de Lewis comme BF3. le chlorure de thionyle.57 réarrangement de Beckmann . PCl5.640 Chimie organique H ∆ C N O-Z R R . en traitant un oxime (R)(R’)C=NOH avec du pentachlorure ou trichlorure de phosphore. le chlorure de tosyle. Me Me R C C PCl5 .56 Par ailleurs. et d’acides αcétoniques. Les réactions d’élimination Si le groupe migrant R (généralement en position anti par rapport à O-H) peut devenir un carbocation stable comme (Ph)2CH+ au cours du mécanisme (schéma 11. . Les cétoximes aliphatiques. en milieu acide ou en présence d’acide de Lewis. OR.HCl N CH3 CH Ph .641 11.58).58 Dans le cas des oximes dérivés de cétones α-hydroxylées.59 Cette fragmentation s’effectue aussi avec des oximes d’α-dicétones. la fragmentation est privilégiée en raison de la présence d’un doublet libre sur l’hétéroélément (N ou O) ce qui n’est pas le cas des cétoximes ordinaires.59). bien que la première étape soit lente. C’est donc la seconde étape qui est déterminante. sont simplement O-acylés. Z C Z = OH. traités par l’anhydride acétique. N(R1)(R2) N HO N CH C H2 O + C N + HC N HC N N carbocation stable H OH H2 O HC O + N H H Schéma 11. Les deux mécanismes ayant une première étape commune. Ph Ph CH3 CH Ph CH3 CH C PCl3 C . la réaction de fragmentation sera plus importante que dans le cas inverse. d’éthers β-cétoniques ou d’α-alkylaminocétones (schéma 11.OPCl2 N O PCl2 OH Ph CH + H3C C N CH Ph Ph N Ph carbocation très stable Cl Ph CH Cl Ph Schéma 11. H2O RCONH2 .60).60 Les hydrazones formées à partir d’aldéhydes et de 1. Sous l’action d’un alcoolate ou d’une base comme le DBU (voir figure 11. Dans ce cas. . d’amine tertiaire et d’alcool est obtenu. ensuite.62).4c – À partir des sels d’hydrazonium quaternaires H C OEt N N R R' R"' R" -N R' R" R C N R"' . PCl5.8. RC(OSOCl)=NH.H2O O OH amide primaire iminoalcool R C N nitrile Schéma 11. On peut aussi utiliser le pentachlorure de phosphore. Cette méthode s’applique aussi à des amides dérivés d’acides aliphatiques de masses moléculaires élevées. la réaction s’effectue sur le groupe OH de la forme tautomère iminoalcool de l’amide avec obtention de l’ester. un mélange de nitrile. via un amide. traitées par un halogénure d’alkyle. par deux déshydratations successives. conduit au nitrile. l’oxychlorure de phosphore ou le chlorure de thionyle comme déshydratant.62 Il se forme d’abord un sel d’ammonium qui.61 La méthode la plus utilisée pour préparer les nitriles consiste à déshydrater les amides primaires en présence du pentoxyde de phosphore. produisent des sels d’hydrazonium quaternaires correspondants (schéma 11. on prépare les nitriles en faisant passer un mélange d’ammoniac et d’acide carboxylique sous forme de vapeurs sur de l’alumine Al2O3 à 500 °C (schéma 11. Dans l’industrie.61). Cl3COCl et Et3N. Le nitrile résulte alors d’une élimination E1 ou E2. P 2O5 (schéma 11. De nombreux autres réactifs comme POCl3. RCOOH + NH3 ∆ RCOONH4 .8.1-dialkylhydrazines. ont aussi été utilisés.H 2O RCN Schéma 11. Ph3P et CCl4.HOEt Schéma 11.642 Chimie organique 11.4d – À partir des amides primaires et secondaires H NH2 R C R N P 2 O5 C . 11. SOCl2. Un autre réactif assez souvent employé pour effectuer cette déshydratation est le chlorure de thionyle.3). 64 11. . Celles-ci étaient d’abord traitées avec un chlorure d’acide aromatique (souvent le chlorure de benzoyle).65 Les N-chlorimines traitées par une base forment des nitriles (schéma 11.HCl OH amide N R PCl5 C O R' ∆ R C N + R'Cl Cl imino-alcool iminochlorure Schéma 11.64). Cl C N R R C N Cl Schéma 11. puis l’amide tertiaire ainsi obtenu était soumis à l’action du pentachlorure de phosphore à 150 °C : l’oxygène était ainsi remplacé par deux atomes de chlore avant décomposition en benzonitrile et chlorure d’alkyle (schéma 11. R' R R' NH R C N C .8.4e – À partir de N-chlorimines B H . L’élimination d’une molécule d’halogénure d’alkyle par chauffage libère le nitrile (schéma 11.63 Cette réaction a été appliquée à l’origine pour déterminer les groupes liés à l’azote dans les amines secondaires d’origine naturelle. R Ph R' R N R' C PCl5 O Ph N R' C Cl ∆ RCl + Ph C N Cl Cl ∆ R'Cl + PhCN Schéma 11. Les réactions d’élimination La réaction de von Braun (1904) (*) s’applique à des amides secondaires qui sont traités par le pentachlorure de phosphore. Par chauffage. le groupe hydroxy de la forme iminoalcool est substitué par un atome de chlore pour former un iminochlorure.65).643 11.63).BH. (*) Cette réaction de von Braun ne doit pas être confondue avec celle qui consiste à faire réagir le bromure de cyanogène BrCN sur les amines tertiaires pour former un cyanamide disubstitué (R)(R’)NCN et un bromure d’alkyle R’’Br. . .....................................................................................Chapitre 12 Les réactions d’oxydation Sommaire : 12...............5...........................2 Alcanes ........8 Phénols .......11 Amines .......................... 654 12...........5................................. 668 12....................................................16 Décarboxylation oxydative des acides .........................4... 684 12.....................6 Composés aromatiques ............. 647 12............. 646 12....................14 Couplage oxydatif de molécules Z-CH2-Z avec Z = groupe électroattracteur .............. 685 12.................................................... 671 12....2 – Oxydations avec rupture de la double liaison .............................................. 655 12..................................................................................... 675 12.....7 Alcools ....................... 650 12................... 685 ........1 – Oxydations sans rupture de la double liaison ............... 648 12........................ 660 12....................4.....2 – Oxydations avec rupture de la triple liaison ............................................5 Alcynes ...................................10 Halogénures ............................................ 676 12........ 681 12.............................................................................................................................15 Oxydations des éthers en esters ........................................................................12 Hydrazines et hydrazones ...........................................................................................1 – Oxydations sans rupture de la triple liaison .. 683 12...............................4 Alcènes .....................9 Aldéhydes et cétones .13 Composés soufrés .........................................................3 Cyclohexane ................. 655 12.................................................................................................................................... 657 12.......................................................................................................... 657 12..........................................1 Définitions ........................................................... 650 12............................. aura donc un degré d’oxydation de –4. L’hydrogène ayant un degré d’oxydation de +1 en chimie organique. En chimie organique. CH3Cl. l’approche est plus délicate car il s’agit en majorité de liaisons covalentes. Si un carbone est lié à un autre carbone. désigne le nombre d’électrons de valence acquis ou cédés par un élément lorsqu’il forme une ou plusieurs liaison(s) avec un ou plusieurs autre(s) élément(s). sachant que les électrons sont attribués aux partenaires les plus électronégatifs. Dans une molécule neutre. il peut prendre les degrés d’oxydation +2 dans Fe(II)Cl2. le carbone est le partenaire le plus électronégatif et « gagne » un électron. car il « gagne » 3 électrons par ses liaisons avec trois hydrogènes. chlorure ferreux. CH4. tandis que l’hydrogène est affecté d’une charge partielle positive. Le groupe OH influe sur le degré d’oxydation du carbone qui lui est lié pour –1 (-2 + 1). mais aussitôt qu’il forme des liaisons avec des halogènes. dans R-CH3 où R représente un groupe carboné. en chimie minérale. Les halogènes X ont toujours un degré d’oxydation de –1. on considère que les deux carbones ne perdent ni ne gagnent d’électron. plus électronégatifs que lui. la somme algébrique des degrés d’oxydations des différents atomes qui la compose est égale à zéro (par exemple. une charge partielle négative lui est affectée. dans une liaison C-H. les électrons de liaison sont « affectés » au partenaire le plus électronégatif (celui qui prend une charge partielle induite (-δ)). et zéro dans la molécule de dioxygène. Dans ce cas. O2. le carbone dans le méthane. chlorure ferrique. sauf dans la molécule diatomique X2 où il est égal à zéro. car cet élément.1 . le carbone du groupe méthyle a un nombre d’oxydation de –3 résultant des seules liaisons qu’il forme avec les hydrogènes. de –1 dans le peroxyde d’hydrogène H2O2. le carbone ne forme que trois liaisons avec l’hydrogène et son degré d’oxydation devient –3. ou +3 dans Fe(III)Cl3. Si l’on considère la molécule de chlorure de méthyle. plus électronégatif que le carbone. de 0 dans H2 et de –1 dans les hydrures métalliques. dans le radical CH3•.1 Définitions Le degré d’oxydation ou le nombre d’oxydation. Par exemple. sauf dans OF2 où il devient +2 en raison de la forte électronégativité du fluor. a un degré d’oxydation de –1.646 Chimie organique 12. +1 H +1 H -2 -2 +1 C O H H +1 Figure 12. Ainsi. Par exemple. figure 12. Par contre. mais en « perd » un dans sa liaison avec le chlore. le carbone a un degré d’oxydation de 2. L’oxygène a un degré d’oxydation de –2.1). le fer à l’état métallique a un degré d’oxydation de 0. Il existe un nombre très important d’oxydations possibles en chimie organique qui font appel à une très grande variété d’oxydants.2 Alcanes Le permanganate de potassium alcalin et l’acide chromique sont sans effet sur les alcanes à froid. Le choix s’est porté sur les plus importantes pour les grandes classes de composés.1). présentés dans le tableau 12.1 degrés d'oxydation du carbone -4 CH4 -2 -3 -1 +1 0 C ( solide) CH3 CH3-O-H H2C +2 HCOOH O RCH=O R-COOH R R C=O CH OH R' H H C C H H R CH2 R' CH3Cl CH3NH2 R' H C C R-CH3 +4 CO2 CS2 C=O RCH2OH H +3 RCH2NH2 R R' CH R" RCH2-Cl R R' C R"' R" CH2Cl2 RCH=NH HCCl3 CCl4 RCN CH3SH Tableau 12. Ces oxydations se font avec rétention de configuration (schéma 12. ils attaquent les carbures insaturés possèdant un carbone tertiaire pour donner d’abord un alcool (l’isobutane (CH3)3CH fournit le t-butanol (CH3)3C-OH) puis un mélange d’acides. Il est donc impossible de les présenter toutes dans un tel ouvrage. pour une molécule donnée. Les réactions d’oxydation Le carbone a un degré d’oxydation qui varie de –4 (le méthane CH4) à +4 (CO2 ou CS2).647 12. . CH3OH. le plus souvent le carbone (par exemples : CH4.1 L’oxydation peut être définie en chimie organique. Entre ces extrêmes. 12. HCHO. ou celui d’un alcool secondaire (R)(R’)CH-OH à une cétone (R)(R’)C=O.1). 7 autres possibilités existent avec des exemples qui sont donnés dans le tableau 12. comme l’augmentation du degré d’oxydation d’un ou plusieurs éléments. HCOOH. le passage de l’éthylène CH2=CH2 à l’acétylène HC≡CH. À chaud. qui est obtenu par hydrogénation catalytique du phénol en présence de nickel de Raney. est oxydé par l’acide nitrique dilué en cyclohexanone. Dans la plupart des cas. Si l’oxydation est vigoureuse (acide nitrique fumant). et alcoxy. alkylperoxy. l’oxydation par des oxydants métalliques fournit des mélanges d’acides. R-O . HNO3 cé HOOC-CH2-CH2-CH2-CH2-COOH acide adipique H2SO4 fumant SO3H acide benzènesulfonique O OH OH HNO3 dilué 3 H2 cyclohexanone Ni HNO3 fumant cyclohexanol Schéma 12. RO-O . C’est une réaction radicalaire complexe faisant intervenir • • des radicaux alkyles. 12. Le cyclohexanol. on obtient l’acide adipique (schéma 12.648 Chimie organique La même réaction de formation d’alcools tertiaires peut être effectuée avec l’ozone en présence de silicagel. entre 100 et 160 °C.1 L’oxygène.2).3 Cyclohexane Le cyclohexane est oxydé en acide adipique par l’acide nitrique concentré tandis que l’acide sulfurique fumant le transforme en acide benzène-sulfonique. C2H5 H3C C CH2 CH2 CH3 C2H5 H3C KMnO4 ∆ C CH2 CH2 CH3 HO H Schéma 12. des acides insaturés et des dérivés carbonylés… Il faut aussi noter que certains microorganismes (Méthylococcus capsulatus) possèdent des enzymes susceptibles d’oxyder les alcanes en alcools.2 HOOC-CH2-CH2-CH2-CH2-COOH . attaque la chaîne carbonée sur un carbone secondaire avec formation d’acides. des acides hydroxylés. mais il peut l’être aussi par le soufre ou le sélénium avec production de H2S et H2Se respectivement (schéma 12. S’il existe sur le cycle deux groupes géminés. Le mécanisme est vraisemblablement l’inverse de l’hydrogénation. et du chloranile. Le cyclohexène peut être déshydrogéné de la même manière. .4).2 Un groupe méthylène du cycle peut être oxydé en cétone. ce qui correspond à une oxydation.4-benzoquinone (figure 12. Il s’agit du DQQ.3 H2 S ou Se . ou s’il est accolé à un cycle aromatique. Les déshydrogénations peuvent aussi être réalisées par des quinones. Cette réaction est applicable à d’autres cyclanes non substitués.6dicyano-1. l’un d’eux migre ou est éliminé (conditions vigoureuses).3). acide maléique) permet de réaliser l’aromatisation dans des conditions plus douces. les aromatisations sont facilitées si le cycle contient déjà une ou deux doubles liaisons.3. Pd ou Ni . dans un mélange acide acétiquepyridine. qui sont réduites en hydroquinones.3 Généralement. la plus active.4-benzoquinone.649 12.5. O O NC Cl Cl Cl NC Cl Cl Cl O O chloranile DQQ Figure 12. Les réactions d’oxydation Le cyclohexane substitué ou non par des groupes alkyles peut être déshydrogéné catalytiquement à 300–350 °C par le platine et le palladium en benzène. La présence de composés accepteurs d’hydrogène (benzène. 2.2). On obtient dans cette réaction un peu de cyclohexanol (5 %) à côté de la cyclohexanone (95 %) (schéma 12. 2. composés très oxydants. On utilise alors le peroxyde d’hydrogène et un catalyseur. le bis(picolinato)fer(II).6-tétrachloro-1.3-dichloro-5.3 SH2 ou 3SeH2 Schéma 12. Pt . 4 Le même oxydant (à 30 %). et les carbones secondaires des alcanes.5). en présence d’acide trifluoroacétique. CO3H R2 Cl R1 C R3 C R2 R1 C O R3 R4 et O C C R3 R4 R1 R2 C R4 KMnO4 R2 R1 ou OsO4 (addition syn) Schéma 12.6).2) (schéma 12.5. en produisant des alcools qui peuvent être estérifiés en partie par l’acide présent (schéma 12.4 Alcènes 12. Avec les composés homologues. ou mieux. oxyde les cycloalcanes substitués par des groupes alkyles. OH Me H2 O 2 Me CF3COOH Schéma 12.5 12.1 – Oxydations sans rupture de la double liaison L’éthylène fixe directement l’oxygène gazeux à 300 °C en présence de Ag+ pour former un oxirane ou époxyde (réaction d’époxydation).4. 95% N Fe2+ COO 5% N OOC bis(picolinato)fer(II) Schéma 12.650 Chimie organique OH O H2 O 2 + cat. cette réaction n’a lieu que par action d’acide peroxybenzoïque à 0 °C dans l’éther.6 R3 R4 C C OH OH OH C R1 R2 OH C R3 R4 . par celle de l’acide méta-chloroperoxybenzoïque (§ 9. PbO2. THF H2O2. le bioxyde de plomb.8). . un chlorure).2-disubstitués. L’oxydant est alors le chlorure de palladium.7 L’oxydation de l’éthylène. H2O R R H C + PdCl42- C R' H C . la réaction est faite en présence de chlorure cuivrique. puissent donner un résultat semblable par d’autres mécanismes. Les réactions d’oxydation La dihydroxylation en 1.8 Dans cette réaction qui s’effectue via des complexes du palladium. avant d’être réoxydé par l’air en chlorure cuivrique.2-diols est une réaction d’addition syn (§ 9.7) (§ 9.5) qui s’effectue avec une solution de permanganate de potassium étendue ou par action du tétroxyde d’osmium. car il est coûteux. OsO4. il y a migration d’un hydrogène d’un carbone vers l’autre (schéma 12. Dans cette réaction. qui est réduit en chlorure cuivreux. 3 RCH=CHR' BH3. La réaction suit la règle de Markovnikov.HCl Cl Pd Cl C R' H OH H Pd PdCl2 OH Pd C R Cl Cl Cl OH HO-CH-CH-PdCl2(H2O) R' R H2O 2CH2=CH2 PdCl4 . mais c’est le seul alcène qui fournit exclusivement un aldéhyde car tous les autres conduisent majoritairement à une cétone. parmi d’autres oxydants.6).651 12. bien que des sels ferriques. L’hydroboration-oxydation permet d’obtenir un alcool à partir des alcènes (schéma 12. en composés carbonylés. NaOH. R-CH=CH2. le palladium est réduit à l’état de métal. des alcènes monosubstitués. par le palladium (qui redevient de ce fait. et 1. l’éthylène est oxydé en acétaldéhyde.Cl R' H H R CH2R R' C H C C R' Cl Cl H C H2O . Ainsi. CuCl2. CuCl. R-CH=CH-R’. peut s’effectuer sans rupture de la double liaison. H2O R-CH2-C=O + Pd + H3O + 2 Cl R' CH3-CHO Schéma 12. H2O (RCH2CHR')3B 3 RCH2CH(R')OH Schéma 12. Pour le recycler. § 9. HO CH CH2 C O Se Se H C C C HO O C H SeO2 C C H2O. Il se forme d’abord un complexe entre l’oxyde de sélénium et le substrat éthylènique.10. qui agissent comme des agents chiraux. agissant comme catalyseur. Cette oxydation est régiosélective trans par rapport au substituant le plus volumineux porté par la double liaison. Le mécanisme précis de cette réaction est encore l’objet d’études. mais il est accepté que l’état de transition corresponde à ce qui est représenté dans le schéma 12. ou CrVI H2O.3] (§ 14 .1) qui fournit l’ester allylique de l’acide sélénoxylique (schéma 12. Selon l’énantiomère (+) ou (-) du tartrate utilisé. Elle nécessite la présence de tartrates (DET ou DIPT : (+) ou (-)-tartrates d’éthyle ou d’isopropyle). les 2. soit en cétone par action d’un oxydant comme l’oxyde de manganèse ou des sels de chrome(VI). . Il s’agit de l’époxydation des alcools allyliques (1980) primaires ou secondaires.EtOH OH C C H C Schéma 12.H2O C C C C ester allylique d'acide sélénoxylique MnO2. de tétrakis(2-propanolate) de titanium. .3-époxy alcools sont obtenus avec une très haute énantiosélectivité.9). Un mécanisme concerté à six centres (semblable à une « ène synthèse ».EtOH Se O C H C O C C acide allylsélénique C O OH ∆ H .10) conduit à l’acide allylsélénique lequel subit un réarrangement sigmatropique [2.9 Une autre réaction de Sharpless est aussi d’un très grand intérêt en synthèse. 1988) via un ester allylique d’acide sélénoxylique soit en alcool par hydrolyse. et d’hydroperoxyde de t-butyle comme oxydant.652 Chimie organique Les groupes méthylènes en α d’une double liaison sont oxydés par l’oxyde de sélénium (méthode de Sharpless.Se. S)-2. lorsqu’un mélange racémique de (1-méthyl-but-2-ènyl)-cyclohexane est soumis à cette réaction (schéma 12.11 R R H R O 38% .653 12.10 Si l’alcool allylique présente une chiralité. R S (1-méthyl-but-2-ènyl)-cyclohexane très rapide O S H R S H H composé prépondérant très lent réaction de Sharpless O H S S H H O 2% H 62% 98% Schéma 12.11).3-époxyalcool par rapport au diastéroisomère correspondant (R. le catalyseur y est sensible. Ainsi. on observe que l’énantiomère S réagit 104 fois plus rapidement que l’énantiomère R avec une prédominance du diastéréoisomère (S.S). Les réactions d’oxydation OH COOR Ti(O-i-Pr)4 R H OH t-BuOOH (CH2Cl2) HO R H 20°C COOR COOR Ti(O-i-Pr)4 S H t-BuOOH HO S (CH2Cl2) H OH 20°C COOR (-)-tartrate (de synthèse) (+)-tartrate (naturel) O OH OH O tBu O O O O (R) 4+ Ti O O (R) O OR H H OR Schéma 12. β-insaturées peut résulter de l’oxydation par de nombreux réactifs.12). et.2-diarylalcènes ArCH=CHAr’ sont déshydrogénés en alcynes correspondants par le t-butylate de potassium.4.12 Enfin. R R' C C R" O O O R"' H2 O très oxydant + H2O2 O C R"' ozonide H2O2 + Zn O C R" R' C C O3 R R' R H2O + 1/2 O2 très peu oxydant Schéma 12. d’une part.654 Chimie organique L’oxydation en cétones α.2 – Oxydations avec rupture de la double liaison Les oxydations avec rupture de la double liaison ont lieu. parmi lesquels figurent l’anhydride chromique–pyridine (schéma 12. Ce dernier oxyde immédiatement l’aldéhyde en acide. t-BuOK.14 R" R"' si R" = H aldéhyde H2O2 R"'COOH + H2O . L’addition d’ozone sur un alcène est déjà décrite (§ 9.14). peu oxydant. Dans la mesure où de la poudre de zinc est ajoutée au moment de l’hydrolyse de l’ozonide. il se forme d’abord un ozonide. ou le bichromate de sodium dans un mélange d’anhydride et d’acide acétique. dans le DMF (schéma 12. Ar H C t-BuOK.8). d’autre part. O CH2 C C CrO3-pyridine C C C Schéma 12.13 12. avec l’ozone. Son hydrolyse conduit à deux composés carbonylés : deux cétones si l’alcène est substitué par quatre groupes alkyles. avec l’anhydride chromique ou le permanganate en milieu acide. et eau.13). composé réellement obtenu dans cette réaction (schéma 12. une cétone et un aldéhyde si l’alcène est substitué par seulement trois groupes alkyles. DMF C Ar C C Ar' Ar' H Schéma 12. ce qui évite alors l’oxydation de l’aldéhyde en acide. certains 1. le peroxyde d’hydrogène est décomposé en dioxygène. à côté de peroxyde d’hydrogène. 17).15) ou le permanganate en solution acide conduit à deux cétones. tétroxyde de ruthénium. 12.5. R C C R' I2. l’ion potassium est alors coordiné. HCOOH.1 – Oxydations sans rupture de la triple liaison Le tétroxyde de ruthénium. l’iode dans le diméthylsulfoxyde (DMSO). R OH C R H C O + O CrO3 C R" C R"' R" R"' Schéma 12. NaIO4-. est obtenu. . RuO4.15 Le mécanisme de ces réactions passe par la formation initiale d’un 1. oxydent les alcynes internes en α-dicétones (schéma 12.16 L’ozone peut conduire aussi à des α-dicétones (schéma 12. ou le nitrate de thalium(III) en conditions douces. l’oxyde de sélénium. DMSO R C C O O R' Schéma 12.3) comme catalyseur par transfert de phase. à une cétone et un acide ou deux acides selon les substituants de la double liaison. Les réactions d’oxydation L’oxydation des alcènes par l’anhydride chromique (schéma 12. ce qui augmente les rendements.16). le glyoxal. en présence de quantités catalytiques d’acide sulfurique.2-diol lequel est ensuite oxydé. Lorsque la réaction du permangante est effectuée en présence d’éther-couronne (§ 7. Avec l’acétylène. periodate de sodium.655 12. O=CH-CH=O. et la réaction peut être réalisée dans le benzène. mais le plus souvent.dans l’acide periodique HIO4. le permanganate de potassium en milieu neutre. La réaction est plus difficile qu’avec les alcènes. il forme deux acides.5 Alcynes 12. à côté d’acide formique. Les réactifs suivants conduisent à des résultats semblables : MnO 4. SeO 2. H C O m-ClC6H4-CO3H C H C C H H oxirène Schéma 12.(schéma 12.3.19). R C C CH2 R' CrO3-pyridine R C C C R' O Schéma 12.3-di-yne Schéma 12.17 Les acides peroxyaromatiques époxydent l’acétylène en formant l’oxirène qui n’est stable qu’à des températures inférieures ou égales à 35 K (schéma 12. C’est un composé antiaromatique (4 électrons délocalisés dans un cycle. Des alcynes conjugués symétriques en résultent.13-di-yne C Cu CH O2 (AcO)2Cu pyridine R C C C C C C C (CH2)10 cyclotétradéca-1.soumis à l’oxydation du complexe anhydride chromique-pyridine sont transformés en cétones α. en présence de pyridine.β-acétylèniques -C≡C-CO. La réaction peut aussi être faite avec de l’acétate cuivrique en excès.18).15.18 Les alcynes qui ont un groupe méthylène en α de la triple liaison -C≡C-CH2.17-tétra-yne . 2R C HC C (CH2)10 C tétradéca-1. comme le cyclobutadiène) donc instable.20 C R C + C C C (CH2)10 (CH2)10 C C C C cyclo-octacosa-1.656 Chimie organique R C C R' O O3 R C C O O H 2O R' R C C O O R' Schéma 12.19 Le couplage oxydatif d’alcynes terminaux consiste à former d’abord leurs dérivés cuivreux (organocuivreux) puis à oxyder ces composés par l’oxygène. L’oxyde d’argent. HNO3 p-benzoquinone O OH air. en présence d’acide nitrique.23 . V2O5. 3H2O R COOH + HCOOH Schéma 12. Les réactions d’oxydation Le second exemple du schéma 12.21 Les alcynes terminaux sont oxydés en acides aliphatiques par l’action du nitrate de thallium(III) en conditions douces (schéma 12. 12. l’oxyde en anhydride carbonique et acide maléique. Ag2O. L’oxygène de l’air.657 12. en présence d’oxyde de vanadium. V 2O 5 C COOH 2 CO2 + H2O + 400°C H O C COOH acide maléique Ag2O. à 400 °C. à une réaction de cyclisation intramoléculaire ou intermoléculaire par couplage oxydatif.22).H 2O H H C C O C O C O anhydride maléique .5.21). Ce dernier est déshydraté rapidement à cette température en anhydride maléique.23). sans catalyseur.2 – Oxydations avec rupture de la triple liaison Les alcynes sont généralement plus résistants à l’oxydation que les alcènes correspondants. R C C KMnO4 R' R-COOH + R'COOH Schéma 12. 800°C phénol Schéma 12. oxyde le benzène en phénol à 800 °C (schéma 12. En revanche. H O2 . R C CH Tl(NO3)3. si elles sont suffisamment éloignées l’une de l’autre. Le permanganate de potassium à chaud ou l’ozone en milieu aqueux oxyde les alcynes en fournissant deux acides (schéma 12.20 montre que la présence de deux triples liaisons terminales dans une molécule peut conduire.22 12. l’oxygène. l’oxyde en para-quinone.6 Composés aromatiques Le benzène résiste d’une façon remarquable à l’action des oxydants ordinaires (mais moins bien que la pyridine qui est le solvant idéal pour les oxydations) : le permanganate de potassium et le bichromate de potassium dans l’acide sulfurique ne l’attaquent pratiquement pas à chaud. KOH + CO2 + H2O 2) H COOH CH3 1-éthyl-3-méthylbenzène acide téréphtalique Schéma 12. conduit à l’anhydride phtalique. en présence d’oxyde de vanadium. ce dernier est oxydé par le permanganate de potassium. Dans le cas du toluène. fournit l’acide o-phtalique. NaIO4 ou l’hypochorite de sodium. ou le permanganate de potassium en présence d’amine tertiaire comme la triéthylamine.658 Chimie organique Deux oxydants sont utilisés pour l’oxydation du naphtalène. 1877). l’acide nitrique ou l’anhydride chromique en conditions douces pour donner un acide aromatique (schéma 12. D’autres oxydants sont aussi employés comme l’oxyde d’argent Ag2O. Les groupes tertiaires substituant le benzène sont difficilement oxydables et des conditions vigoureuses peuvent entraîner l’oxydation du cycle.24).24 Lorsque le benzène est substitué par un groupe alkyle. . L’air. l’oxydant utilisé le plus souvent est le chlorure de chromyle. l’acide benzoïque est obtenu.25 Un groupe méthylène situé entre deux groupes aryles est oxydé en cétone. COOH CH2-CH3 1) KMnO4.25). Le tétroxyde de ruthénium. Si le groupe méthyle d’un composé aromatique doit être oxydé en aldéhyde. CrO2Cl2 (réaction d’Etard. Ce système oxydant fournit l’acide cyclohexanecarboxylique à partir de cyclohexylbenzène (schéma 12. O COOH O2 V 2 O5 RuO4 NaOCl naphtalène COOH O O acide o-phtalique anhydride phtalique RuO4 COOH NaOCl cyclohexylbenzène acide cyclohexanecarboxylique Schéma 12. en présence d’un co-oxydant qui peut être le periodate de sodium. NaOCl. RuO4. par chauffage en présence d’acide sulfurique. qui n’est pas oxydé dans ces conditions. H2 C O C H2 CH3 C CrO3 acide acétique C H2 CH2 Schéma 12.26).26 Les monoarylalcanes sont oxydés en arylalkylcétones par l’anhydride chromique dans l’acide acétique.28 Un procédé utilisé industriellement pour la synthèse du phénol (et secondairement de l’acétone) est l’oxydation du cumène (isopropylbenzène). entre autres (schéma 12. Le mécanisme proposé pour cette réaction a des analogies avec l’oxydation de Baeyer-Villiger (§ 12.29). L’action de l’oxygène en présence de soude à 130 °C le transforme en son hydroperoxyde.659 12. Son hydrolyse fournit l’aldéhyde correspondant (schéma 12.9) en raison d’une migration [1.2] affectant le peroxyde de cumène protoné (schéma 12. Le cumène résulte de l’addition de l’isoprène sur le benzène en présence d’acide phosphorique à 250 °C sous pression. . à 100 °C. fournit le phénol et l’acétone.2 AcOH ArCHO Schéma 12.27 Les groupes alkyles substituant des systèmes aromatiques polycycliques sont difficilement oxydables car l’oxydation si elle a lieu se continue sur le cycle avec formation de quinones ou ouverture du cycle (schéma 12. ArCH(OAc)2. CrO2Cl2 Ar-CH3 ArCHO CrO3 H2O ArCH(OAc)2 (MeCO)2O .27). Celui-ci. ou l’oxyde de sélénium. Les réactions d’oxydation L’anhydride chromique dans l’anhydride acétique permet aussi cette réaction car il se forme d’abord un acylal. O CH3 CrO3 2-méthyl-anthracène COOH acide anthracène-2-carboxylique COOH CrO3 O acide anthraquinone-2-carboxylique Schéma 12.28). 660 Chimie organique CH3 + CH3-CH=CH2 H 3C H3PO4 H3C C O O CH3 O O 100°C H O . aussitôt formés. le permanganate de potassium en milieu alcalin ou acide. Les plus classiques sont le bichromate de potassium en milieu acide sulfurique dilué. et être transformés en acides.29 12. HO CH3 250°C pression CH3 H3C CH C + CH3 H3 C CH3 CH3 Schéma 12. Dans le cas de l’oxydation par le bichromate acide (schéma 12. parmi beaucoup d’autres. Le composé Cr IVO3H. il se forme un ester de l’acide chromique (CrVI). peuvent subir une seconde réaction. les aldéhydes.H2O C CH3 H H CH3 O C O -H C O OH O H 2O CH3 H hydroperoxyde de cumène CH3 C H2SO4 H O O 130°C cumène CH3 C O2.30). O CH2 OH + H O R O VI Cr R O H CH2 O VI Cr + H2O O H O O acide chromique ester chromique K2Cr2O7 + H2SO4 O H R C H O VI Cr O H O H H 3O + IV C O R O H O H Schéma 12.30 Cr + O O H .se dismute ensuite en deux dérivés de chromes CrIII et CrV. Tout CrVI est donc finalement réduit en CrIII. surtout en présence d’eau. Ce dernier peut encore effectuer des oxydations ce qui le réduit en CrIII. Dans ces conditions. L’eau présente joue alors le rôle de base faible.7 Alcools Les alcools primaires aliphatiques sont oxydés en aldéhydes et les alcools secondaires en cétones par un nombre important d’oxydants. ou bien l’acide nitrique dilué. si des précautions ne sont pas prises. On peut aussi y ajouter l’oxyde de manganèse. d’un équivalent de HCl et d’un équivalent de pyridine. Les dérivés de CrVI ne peuvent oxyder l’aldéhyde qu’en présence d’eau. OH R1 R3 R 4 O réactif de Jones R2 R1 R3 R 4 R2 Schéma 12. . De même.6-tétrachloro-o-benzoquinone (o-TCQ) oxydent sélectivement les groupes hydroxy benzyliques secondaires en formant des cétones. Les réactions d’oxydation La présence dans le milieu d’un excès d’acide chromique et d’eau permet d’oxyder l’aldéhyde en acide (schéma 12.βinsaturés (schéma 12. En effet. H O O O R C O H 2O R H H O VI Cr O H VI Cr O O O R CH C H -Cr(IV)O3H2 O R . et les réactifs CrVI réagissent alors comme s’il s’agissait d’un alcool. et de Collins. Ces réactifs sont aussi utilisés pour oxyder les alcools allyliques en aldéhydes ou cétones α.31). constitués chacun d’un équivalent d’anhydride chromique pour deux équivalents de pyridine (ils sont préparés par chauffage. l’aldéhyde est sous forme d’hydrate. et de deux équivalents de pyridine. Ce réactif n’épimérise pas les centres chiraux adjacents à l’alcool (schéma 12.32 Certains complexes pyridiniques sont utilisés pour oxyder sélectivement les alcools secondaires en cétones correspondantes. Il s’agit des réactifs de Sarett.5.31 La solution d’acide chromique et d’acide sulfurique en proportion 1/ 1 dans l’acétone (réactif de Jones) est utilisée pour oxyder quantitativement (possibilité de titrage) les alcools secondaires sans affecter les doubles et triples liaisons présentes dans le composé et pour oxyder les alcools allyliques en aldéhydes correspondants. dans ce cas. Le dichromate de pyridinium est constitué d’un équivalent de dichromate de potassium. la pyridine étant très difficilement oxydable. Le dioxyde de manganèse et la 3.661 12.33). de deux équivalents de HCl.H2O H O O O H C OH H ou retrait de H par H2O du milieu comme dans le schéma précédent Schéma 12. et se différencient par leurs formes cristallines).4. et du réactif de Cornforth qui est constitué d’un équivalent d’anhydride chromique pour deux équivalents de pyridine additionnée d’eau.32). le chlorochromate de pyridinium ou PCC (réactif de Corey) est préparé à partir d’un équivalent d’anhydride chromique. Le DCC active le DMSO ce qui facilite l’attaque de l’oxygène du groupe hydroxyle de l’alcool sur l’ion sulfonium (A). en présence d’un acide qui peut être l’acide phosphorique PO4H3 (schéma 12. qui peut. car de nombreux alcools ne sont solubles que dans les solvants organiques alors que la plupart des oxydants y sont insolubles. 25°C H3CO H3CO OCH3 OCH3 1-(3. Par un mécanisme à 5 centres.33 Il est important de remarquer l’utilisation fréquente de la catalyse par transfert de phase dans ces oxydations. le chlorure d’oxalyle (oxydation de Swern.4-diméthoxy-phényl)-propane-1. l’anhydride sulfurique. explique pourquoi d’autres systèmes oxydants. Elle est souvent de courte durée. 1963). dans certains cas. ce qui entraîne le retrait d’une molécule de dicyclohexylurée (DCU) et la formation d’un ylure de sulfonium (B).4-diméthoxy-phényl)-3-hydroxy-propan-1-one 1-(3. l’ylure se décompose en diméthylsulfure et en cétone (ou aldéhyde). fonctionnant de manières différentes aux oxydants classiques. oxydation des aldéhydes en acides. La seconde réaction. La réaction a lieu à 25 °C. Ainsi. l’anhydride trifluoroacétique. . sont actuellement utilisés afin d’éviter ces réactions secondaires gênantes. dans le cas des alcools primaires. NC-CH2COOH.34) ou l’acide cyanacétique. être évitée par distillation en continu de l’aldéhyde formé.3-diol CH3 MnO2 HO CH2 CH2 CH CH CH CH3 HO CH2 CH2 CH CH C OH O hex-3-ène-1. 1990) ou le phosgène. parmi d’autres. Le DCC peut être remplacé dans ces réactions par des anhydrides d’acides comme l’anhydride acétique. ce qui explique l’intérêt de cette méthode. qui sert de catalyseur (réaction de Moffat-Pfitzner. l’oxydation s’arrête à l’aldéhyde si on utilise du diméthylsulfoxyde (DMSO) anhydre et le dicyclohexylcarbodiimide (DCC). non réactive sur le DMSO activé encore présent dans le milieu.5-diol 6-hydroxy-hex-3-èn-2-one CH2OH CHO o-TCQ O Cl O Cl Cl Cl Schéma 12.662 Chimie organique O HO C CH2 CH2 OH CH-CH2 CH2OH MnO2. Les réactions d’oxydation c Hex Réaction de Moffat-Pfitzner N H 3C H 3C S C O S O H3 C H 3C c Hex N CH3 N S C O H3 C H diméthylsulfoxyde DMSO activé c Hex DMSO dicyclohexylcarbodiimide c Hex H H 2C C S O H 3C H H O H -H C NH CH2 c Hex O + S O NH (A) c Hex c Hex N C NH C NH CH3 (B) c Hex dicyclohexylurée CH3 C O + S CH3 diméthylsulfure Réaction de Swern H3C H3C S S O H3 C Cl O O C O C Cl H3C O H 3C S H3C diéthylsulfoxyde DMSO H O H 3C S O O O C C Cl .HCl C O C Cl . Il en résulte des aldéhydes qui ne sont pas oxydés en acides en raison de la nature du mécanisme de cette réaction d’oxydation. D’une manière générale. ce qui conduit ensuite à du diméthylsulfure et à l’aldéhyde. ensuite. des époxydes dérivés d’alcools primaires. Cl . et aussi des halogénures d’alkyles primaires : la réaction peut être considérée comme une oxydation indirecte des alcools primaires. il se forme d’abord un sel d’alkoxysulfonium (schéma 12.HN(Et)3 CH2 C S + CO2 + CO + Cl CH3 H H CH3 Schéma 12. Cl DMSO activé O H3C C O C CH3 O S O CH3 C O C Cl H H CH3 C O CH3 + S O C CH3 N(Et)3 O S .34 Le diméthylsulfoxyde permet aussi l’oxydation des tosylates. . selon les conditions de la réaction peut perdre un proton soit d’un groupe méthyle (B) soit du groupe alkoxy (C) en formant un ylure.35) (A) qui.663 12. O O CH3 N Cl CH3 + S N S CH3 CH3 O O R1 R2 H C H H O O N H3C C S H3 C HN Cl CH3 O Cl NEt3 .35 Le N-chlorosuccinimide oxyde les alcools primaires et secondaires et le N-bromosuccinimide seulement les alcools secondaires.664 Chimie organique R CH2 X H3 C SN2 H3C S O C H -X S O H3C H C H H H R B H3 C H S O C C H H .BH A H B H3C S O C C H X = O-tosyl. La réaction s’effectue en présence de triéthylamine agissant comme base.36 O R1 O H 3C S Cl R2 CH3 O . Le mécanisme est indiqué dans le schéma 12. Ils sont très chimiosélectifs et oxydent uniquement un groupe hydroxy sans aucune autre réaction sur les autres groupes présents.HCl R2 R2 CH3 + S CH3 R1 H C C R1 O O S H2 C Schéma 12. Le couple N-chlorosuccinimide-diméthylsulfure est encore plus chimiosélectif.36. halogène H H R H C H H3C S O C C H ou R R H3C - H S H H3 C H O C R H3C S O C C H R H H H X Schéma 12. Cr2O3 (schéma 12. Un alcool secondaire est mis en présence d’une cétone comme l’acétone. benzoquinone. Le catalyseur le plus utilisé est le chromite de cuivre. la benzoquinone ou la méthyléthylcétone. deux cétones ou un aldéhyde et une cétone (schéma 12.39). résultat d’une oxydation de l’alcool. schéma 12.39 O . R R R' C OH R" C OH H R' + Pb (OAc)4 C O + Pb(OAc)2 + 2 AcOH R" C H Schéma 12.1d). le toluène.Al + (Me3C-O-)3Al CH OH R2 R2 3 R1 R1 CH R2 O- Al 3 C + 3 C O + 3 Me3C-OH R2 O + CH O. 2 CuO.) Schéma 12.Al 3 (acétone.2-glycols est une réaction très utilisée en synthèse car elle permet de rompre la liaison entre les carbones hydroxylés en fournissant avec d’excellents rendements et selon la substitution de ces carbones. la cyclohexanone. Le nouvel alcoolate ainsi formé réagit avec la cétone du milieu selon une seconde réaction équilibrée pour former une cétone.2. Cr2O3 C O + H2 Schéma 12...37 Enfin. La réaction s’effectue en deux étapes. et un nouvel alcoolate d’aluminium qui résulte d’une réduction de la cétone ajoutée à la réaction.37). C’est une méthode surtout industrielle qui s’applique aux alcools primaires et secondaires. ou le xylène. Les réactions d’oxydation Pour oxyder les alcools on peut aussi les déshydrogéner.38 : l’alcoolate d’aluminium réagit avec l’alcool substrat selon une réaction équilibrée conduisant à un « échange » des groupes alkoxy liés à Al3+. appelée oxydation d’Oppenauer (1937) est plus spécifique de la préparation des cétones que des aldéhydes. et d’un alcoolate d’aluminium (t-butoxyde. i-propoxyde) dans le benzène. R1 R1 CH O..665 12.38 L’oxydation des 1. substrat de départ. Le mécanisme est exactement l’inverse de celui de la réaction de Meerwein-Pondorf-Verley.cyclohexanone. CH O H 2 CuO. deux aldéhydes. la réaction inverse de celle de Meerwein-Pondorf-Verley (§ 10. 40) : 1) C OH C O + Pb (OAc)4 Pb(OAc)3 C OH 2) C O C O C OH + AcOH C OH C OH C O Pb(OAc)3 C O C O C + AcOH Pb(OAc)2 O Pb(OAc)2 + Pb(OAc)2 C + IO4 C OH O C O C O C I O O O + H2 O O + IO3 C O Schéma 12.40 Les glycols cis sont plus facilement oxydés que les glycols trans car le mécanisme indiqué nécessite un diester cyclique. Les oxydants utilisés sont le tétracétate de plomb (schéma 12.40 (1)). Les mécanismes sont les suivants (schéma 12.2-glycol ainsi formé. si un solvant organique est employé ou le periodate de sodium (2) si la réaction est faite dans l’eau (+ méthanol). il est vraisemblable que ce diester ne se forme pas et que seul le monoester est susceptible d’être l’intermédiaire : il nécessite toutefois un état de transition cyclique (schéma 12.41) : .5) puis d’oxyder le 1.666 Chimie organique C’est la raison pour laquelle il est souvent préférable de dihydroxyler un alcène (§ 9. plutôt que d’effectuer une ozonolyse ou une oxydation brutale par le permanganate de potassium dont les rendements sont rarement satisfaisants. Dans le cas des glycols trans. 2-diamine C OH C OH O O aldéhyde (R = H) α-hydroxyacide ou cétone α-hydroxylé acide oxalique Schéma 12. le bichromate et le permanganate de potassium. Les réactions d’oxydation O C Pb(OAc)2 C O O H C O Pb(OAc)2 O C O C CH3 C CH3 H O O Schéma 12. D’autres composés sont oxydés comme les glycols avec rupture de la liaison C-C (schéma 12.667 12. l’ester correspondant à l’estérification de l’acide par l’alcool non encore oxydé est souvent présent. En milieu acide. le permanganate de potassium ou l’acide nitrique. Il provient en fait de la réaction de l’aldéhyde intermédiaire qui forme dans ces conditions un hémiacétal. D’autres oxydants ont aussi été employés comme les sels de thallium (III). HCOOH. l’oxygène en présence de sels de cobalt (III). qui est ensuite oxydé en ester (schéma 12. Ag(II)O. dans un mélange THF-H2O.43). l’oxydation par l’un des deux oxydants mentionnés ci-dessus transforme le carbone central en acide formique. L’oxyde argentique. . HO H H2C OH H2C OH glycol C O O H2C OH O O HO C O O C O H2C OH O C O H O H acide glycolique C O C OH C OH O acide oxalique O C O H Schéma 12. ce qui évite les réactions secondaires.44). voire un acétal.42 Le glycol est oxydé par l’acide nitrique en de nombreux composés parmi lesquels l’acide oxalique et l’acide glycolique sont prépondérants (schéma 12.42) : C OH C NH2 C NH2 C NH2 β-aminoalcool O C OH C OH C R C OH O 1. effectue cette oxydation en milieu neutre.43 L’oxydation directe des alcools primaires en acides est le plus souvent effectuée par tous les oxydants puissants comme l’acide chromique.41 Lorsque trois groupes hydroxyles sont présents sur trois carbones adjacents. 8 Phénols Les phénols et les dihydroxybenzènes sont des composés réducteurs. Il est toutefois très réactif et disparaît très rapidement en raison de dimérisations avec une prédominance de liaisons C-C (ortho-ortho.44 12. dérivé d’un alcool. Les ions ferriques (chlorure ferrique. H2O Na2Cr2O7 CHO R R-COOH H2SO4. R CH2OH Na2Cr2O7 H2SO4.4. O H O O + Fe3+ H Fe2+ + H H O H H O H H H H + H H H H radical phénoxyle O O O2 x2 O O O peroxyde radical tri-t-butylphénoxyle Schéma 12. par chauffage. à un ester carboxylique. est réalisé par l’emploi du bioxyde de manganèse en présence d’acide cyanhydrique et de l’alcool R’OH.668 Chimie organique Le passage d’un alcool primaire. et ainsi. H2O hémiacétal RCH2OH MnO2. RCH2OH.6-tri-t-butylphénol forme un radical stable lorsqu’il est oxydé dans une solution benzènique (coloration bleue sombre). puis. Ce radical résonne entre quatre formes limites. HCN.45). H2O R CH2OH H H C O CH2 R R OH Na2Cr2O7 R-CO-O-CH2-R H2SO4. Ils sont donc facilement oxydés. para-para et ortho-para). La présence de substituants volumineux rend le couplage plus difficile.45 O . l’ion ferrique est réduit. Fe(CN)6K3) ont la propriété d’extraire l’hydrogène du groupe hydroxy : il se forme d’abord un complexe coloré. le 2. RCOOR’. R'OH RCOOR' Schéma 12. Sa solution devient jaune en présence d’oxygène car il se forme un peroxyde (schéma 12. R’OH. ferricyanure de potassium. et un radical phénoxyle est formé. Ce radical peut être isolé (F = 96 °C). FeCl3. Il est oxydé par l’oxyde d’argent en ortho-benzoquinone. Les sels de diazonium l’oxydent aussi. des halogènes ou nitro.46 Les phénols qui possèdent un groupe alkyle en position ortho sont oxydés par l’acide chromique (diéthyléther / CrO3 dans l’eau) en p-quinones.46) sauf si elle est occupée par un groupe : dans ce cas. Le phénol peut être substitué par des groupes alkyles. De même. est réduite en oxyde de cuivre(I) insoluble dans l’eau. mais aussi par l’acide periodique ou le tétracétate de plomb (schéma 12. Le réactif de Tollens est une solution de nitrate d’argent(I) ammoniacale qui est réduite en argent(0) métallique. carboxy. elle est orientée en ortho (mais avec de faibles rendements). (O-SO3K)2. (oxydation de Elbs. Il ne réduit qu’à chaud le réactif de Tollens et la liqueur de Fehling. ce qui ne permet pas des réactions de couplage (§ 8. .669 12. Les réactions d’oxydation L’oxydation des phénates par le persulfate de potassium. L’hydroxylation s’effectue en position para (schéma 12.47). une solution de chlorure ferrique suffit pour oxyder l’hydroquinone (paradihydroxybenzène) en para-benzoquinone. Le résorcinol (méta-dihydroxybenzène) est moins réducteur que le catéchol ou l’hydroquinone. formyle. de couleur rouge qui précipite du milieu. alkoxy. Les diphénols sont de très puissants réducteurs : une solution aqueuse incolore de catéchol (ortho-dihydroxyphénol) s’oxyde au contact de l’oxygène.4. Les ortho et para-hydroquinones sont oxydées très facilement en quinones correspondantes par le bichromate de potassium en présence d’acide sulfurique. On. Ce composé réduit une solution froide de nitrate d’argent ainsi que la liqueur de Fehling. peut aussi utiliser le sel de Frémy. préparée juste avant son utilisation.KSO4- H O O SO3K HO SO3K O SO3K H HO OH Schéma 12. qui est une solution d’un complexe cuprique de deux ions tartrates. ou le nitrate de thallium(III). La liqueur de Fehling est une solution alcaline de tartrate cuivrique. 1893)) permet la formation d’hydroquinones. O O O SO3K . radical stable (nitrosodisulfonate de potassium. (KSO3)2N-O•).1i). par addition d’une solution de sulfate de cuivre(II) à une solution alcaline de tartrate de sodium et de potassium tétrahydraté (sel de Rochelle) : cette liqueur bleue. H 2O O .670 Chimie organique O OH O OH OH KCr2O7 O Pb(AcO)4 SO4H2 OH O hydroquinone p-quinone catéchol ortho-benzoquinone OH OH résorcinol Schéma 12.49).48 Le p-diaminobenzène (ou p-phénylènediamine) est oxydé par l’acide chromique en pquinone.47 L’oxydation du catéchol par l’acide periodique s’effectue selon le mécanisme indiqué dans le schéma 12. Le même oxydant transforme l’aniline en p-quinone (schéma 12. puis un radical p-hydroxyphénoxyle. .HIO3 O Schéma 12.50). un radical-anion semiquinonique. par retrait d’un proton de l’entité précédente. cette dernière entité devient la p-quinone (schéma 12.48. NH2 O NH2 KCr2O7 ou + oxydes d'azote SO4H2 NH2 p-phénylènediamine O aniline p-quinone Schéma 12. et enfin. par retrait d’un électron de l’entité précédente.49 L’équilibre rédox qui lie l’hydroquinone à la quinone fait intervenir 3 entités mésomères : un ion p-hydroxyphénoxyle qui résulte du retrait d’un proton. En perdant un électron. IO3 H O O O H H O HIO4 . l’oxydation des alcools primaires si elle n’est pas ménagée. leur oxydation est donc très facile : ainsi. Avec le bichromate.H2O R C H O CrO3H2 H O 2 OH O R C OH + H2CrO3 + H2O + H Schéma 12. Les réactions d’oxydation H O -e O O H O H O O p-quinone radical p-hydroxyphénoxyle hydroquinone O O -H -e -H O H O O O radical-anion semiquinonique ion p-hydroxyphénoxyle Schéma 12. Tous les aldéhydes aliphatiques et aromatiques réduisent le réactif de Tollens (solution ammoniacale de nitrate d’argent) en produisant de l’argent métallique qui se dépose sur le verre du récipient dans lequel se fait la réaction (formation d’un miroir d’argent) (schéma 12.51 Seuls.53) : R C H O H2O OH R C H OH HCrO4 + 2H .53 . aldoses) réduisent la liqueur de Fehling (§ 12.671 12.50 12.52) : RCHO + 2Ag(NH3)2OH RCO2NH4 + 2Ag + 3 NH3 + H2O Schéma 12. les aldéhydes aliphatiques (y compris les sucres.51).52 Les aldéhydes sont très facilement oxydés par l’acide nitrique (méthode industrielle). il est vraisemblable que le mécanisme débute par la formation d’un hydrate qui est ensuite oxydé comme les alcools primaires ou secondaires par formation d’esters (schéma 12. le permanganate. produits d’oxydation des aldéhydes (schéma 12. ou le bichomate de potassium. en acides correspondants.8).9 Aldéhydes et cétones Les aldéhydes sont des réducteurs puissants. RCH2OH O O RCHO acide aldéhyde alcool primaire RCOOH Schéma 12. peut conduire aux acides. Le choix du groupe R ou R’ de la cétone qui migre est dans l’ordre : tertiaire > secondaire > primaire. C’est l’oxydation de Baeyer-Villiger (1899) qui conduit à partir d’une cétone RCOR’. l’attaque a lieu préférentiellement sur le carbone qui appartient au groupe le plus volumineux (schéma 12. O OH H H H CrO3 ou KMnO4.55). à un ester RCOOR’. en acide benzoïque. Elles ne réduisent pas la liqueur de Fehling. ou le permanganate de potassium oxydent les cétones en attaquant le carbone en α du groupe carbonyle. H2SO5. Les oxydants comme l’acide nitrique. . à l’exception des α-hydroxycétones. O H3C C CH2 CH3 O O H3 C C O CH3CH2COCH2CH2 CH2CH3 OH + O H3 C C OH CH3CH2COOH + CH3CH2CH2COOH Schéma 12. C’est la forme énol ou énolate qui intervient dans ces réactions. . et si le choix existe. puis un des groupes de la cétone migre pour former l’ester (schéma 12.672 Chimie organique Les aldéhydes aromatiques sont oxydés par l’oxygène de l’air en acides aromatiques correspondants.Réaction d’oxydation de Baeyer-Villiger Les cétones aliphatiques et l’acétophénone donnent lieu à une oxydation par l’acide de Caro ou acide permonosulfurique.54). via un réarrangement intramoléculaire. peroxyacétique et monoperoxyphtalique (le plus souvent dans le chloroforme). ni le réactif de Tollens. les acides peroxybenzoïque. et d’une manière générale le plus volumineux.54 Les cétones alicycliques sont oxydées avec ouverture du cycle conduisant à des diacides : c’est le cas de la cyclohexanone qui fournit l’acide adipique (méthode industrielle) (schéma 12. ou le peroxyde d’hydrogène. Les cétones aliphatiques sont moins réductrices que les aldéhydes. Si les deux carbones en α de ce groupe portent le même nombre d’hydrogènes. La même réaction peut être effectuée avec le permanganate en milieu sodique. celui qui est le moins hydrogéné. NaOH cyclohexanone HOCO-(CH2)4)-COOH acide adipique Schéma 12.56). l’acide chromique. Le peroxyacide s’additionne d’abord sur le groupe carbonyle de la cétone.55 L’acétophénone est oxydée par le permanganate de potassium à froid en acide phénylglyoxylique puis. La réaction est plus lente avec les aldéhydes aliphatiques. si l’oxydation est poursuivie. Les anhydrides d’acides sont obtenus à partir des α-dicétones. .β-insaturées (schéma 12. O O O RCOOOH O CH CH C O RCOOOH O O CH O O RCOOOH CH O C O R R Schéma 12.57 . hydroxydes de benzyltriméthylammonium ou de tétraméthylammonium) (schéma 12.673 12.58).Réaction d’oxydation de Dakin Une réaction qui possède quelques similitudes de mécanisme avec l’oxydation de Baeyer-Villiger est la réaction de Dakin (1909) qui consiste à remplacer un groupe aldéhyde ou cétonique aromatique par un groupe hydroxy phénolique par action du peroxyde d’hydrogène en milieu basique (NaOH.H C R1 R2 R1 O -H C R2 CH3 H3 C CH CH RCOOOH C O H3C O O O C R H3 C H3C R1 H CH3 CH O C O + RCOOH C O H H + O-CO-R O CH3 O C O H3C R R2 O C C OH R2 R2 O O H3C Schéma 12.57). KOH. Les cétones cycliques sont oxydées en lactones. Pour que la réaction ait lieu. Les réactions d’oxydation R1 C R1 H O O O R C O O . à partir des cétones α. et les esters d’énols. la présence d’un groupe hydroxy ou amino en position ortho ou para sur le cycle est nécessaire car leur caractère électrodonneur favorise la migration du cycle aromatique.56 Les méthylalkylcétones forment toujours des acétates. HO Y Y + RCOO Y Y R = H ou alkyl Y=O H . Enfin.58 Les m-hydroxybenzaldéhydes ne réagissent pas. ArCO-(CH2)3-R. Les ortho. N(R1)(R2) avec R1 et R2 = H ou alkyl OH Y Schéma 12. est formée. ce qui conduit à une α-dicétone. sous une lumière puissante.ou p-anisaldéhydes) sont oxydés par le peroxyde d’hydrogène en milieu acide.4-dicétone.et para-méthoxybenzaldéhydes (o. C O C CH2 HO CH H3SeO3 . Le groupe méthylène situé en α du groupe carbonyle d’une cétone peut être oxydé par l’oxyde de sélénium ou le pentoxyde d’azote.59 La présence d’un groupe aryle ou d’une double liaison liés au méthylène ne perturbe pas la réaction.674 Chimie organique B H-O-O-H R C BH R C O O H O-O-H R O O + O O H O C O O H2O.H 3O C C C O Se H O C O OH H O Se OH C C O O + Se + H2O dérivé d'acide β-cétoséléninique Schéma 12. la 1. Avec l’oxyde de sélénium. . Ce type d’oxydation a lieu aussi sur les méthylènes en α de groupes esters. le mécanisme se fait via un acide β-cétoséléninique (schéma 12. lorsqu’un composé de formule. est mis en présence d’un oxydant comme le bichromate de potassium ou le permanganate. N2O5. ArCO-(CH2)2-COR.59). Le mécanisme de cette réaction est identique à celui donné pour les tosylates dérivés d’alcools primaires (schéma 12. et la N-méthylbenzylamine (réduction du méthylènebenzylamine).675 12.60). R-CH2-X DMSO. par chauffage. via la méthylènebenzylamine. Na2S2O8. L’amine réagit ensuite en partie avec le formaldéhyde présent dans le milieu et provenant de l’hexaméthylènetétramine. en aldéhydes aromatiques est la réaction de Sommelet (1913) qui utilise l’hexaméthylènetétramine (HMTA) formée par action de l’ammoniac sur le méthanal (schéma 12. la méthylènebenzylamine. sauf les fluorures. en présence de sulfate ferreux. 12. N 6 HCHO + 4 NH3 N N N hexaméthylènetétramine (HMTA) C6H12N4 Schéma 12. dans un mélange hydroalcoolique.Réaction de Sommelet Une autre réaction qui permet d’oxyder des dérivés halogénométhylés de cycles aromatiques (ArCH2X). La réaction de cette imine sur la benzylamine encore présente dans le milieu est une dismutation qui produit l’imine du benzaldéhyde (oxydation de la benzylamine) immédiatement hydrolysée en benzaldéhyde. en un mélange de 1.4-dicétones. Cette première partie de la réaction qui fournit l’amine est connue sous le nom de réaction de Delépine (1895).62).3 et 1. sont oxydés en aldéhydes correspondants par le diméthylsulfoxyde (schéma 12. RCOCH2-CO-CH2R’.61 Dans le cas du chlorure de benzyle (schéma 12. le plus souvent. ou. dont les halogénures de benzyle. et RCO-(CH2)2-CO-R’. Les réactions d’oxydation Les composés de la forme RCO-(CH2)3-R’ sont oxydés par le persulfate de sodium.61). la réaction avec le HMTA forme le sel correspondant qui est ensuite hydrolysé en milieu aqueux neutre. base R-CHO Schéma 12.35).10 Halogénures Les halogénures d’alkyles primaires. avec formation réversible de l’imine correspondante.60 . . Il y a finalement transfert d’un ion hydrure d’une molécule de benzylamine vers l’imine. ce qui conduit à la benzylamine. 676 Chimie organique Ph-CH2-Cl + C6H12N4 H2O-C2H5OH PhCH2C6H12N4 . on préfère utiliser le dérivé aminométhylé (préparé par réduction du nitrile correspondant) et le faire réagir directement avec le HMTA qui joue alors le rôle du dérivé méthylène de l’ammoniac.62 La réaction est fortement influencée par les facteurs stériques : les halogénures de benzyle o. de l’oxydant et des groupes substituants (schéma 12. secondaires ou tertiaires. La réaction permet de préparer des m. Cl Ph-CH2-NH PhCH2C6H12N4 . . La réaction s’effectue alors en milieu acide (schéma 12. Les amines primaires aliphatiques dont le groupe amino est lié à un carbone primaire ou secondaire sont oxydées respectivement par le permanganate de potassium en aldimines et cétimines.64).11 Amines L’oxydation des amines. Cl H2O Ph-CH2-NH=CH2 . fournissent des aldéhydes et des cétones. lesquelles. ou en très faibles rendements. par hydrolyse. la pyridine). Dans le cas des hétérocycles azotés (par exemple. qu’elles soient primaires. « CH2=NH ». La réaction effectuée avec des halogénures aliphatiques ne permet pas d’obtenir les aldéhydes.o-disubstitués ne conduisent pas aux aldéhydes attendus. en raison de nombreuses réactions secondaires. CN CH2-NH2 réduction N CHO C6H12N4 AcOH-HCl N Pyr N H CH CH2 NH2 NH2 Schéma 12. Cl CH2 + Ph-CH NH2 Ph-CH2NH2 + HCHO + HCl Ph-CH2NH-CH3 + Ph-CH=NH2 Cl H H2O transfert d'un ion hydrure PhCHO + NH4Cl Schéma 12.63).63 12. conduit à divers composés dont la nature dépend pour chacune des trois classes.et p-dialdéhydes aromatiques. les dérivés chlorométhylés étant difficiles à préparer. et avec l’acide de Caro. H R-CH=NH RCHO + NH4 aldimine R CH-NH2 O R H2O. et d’acide hydroxamique.64 Lorsque le groupe amino est lié à un carbone tertiaire. un cétoxime.65). 1) oxydant : permanganate de potassium R-CH2-NH2 O H2O.677 12. H C=NH C=O + NH4 R' R' R' R cétimine R R' R C-NH2 O C-NO2 R' R" R" dérivé nitré 2) oxydant : acide persulfurique H2SO5 R-CH2-NH2 OH O R-CH2-NHOH + RCH=NOH + R-C N-alkylhydroxylamine N-OH aldoxime acide hydroxamique R CH-NH2 O R' R C=N-OH R' cétoxime R R R' C-NH2 R" O R' C-N=O R" dérivé nitrosé Schéma 12. Les réactions d’oxydation Avec l’acide de Caro ou acide persulfurique. d’aldoxime. est le plus souvent effectuée par Ag(II) formé in situ par action de persulfate de sodium sur du nitrate d’argent (schéma 12. La formation de cétimine (déshydrogénation) à partir d’amine aliphatique primaire avec NH2 lié à un carbone secondaire. et dans le second cas. H2SO5. à un dérivé nitrosé. R CH-NH2 R' AgNO3-Na2S2O8 R NaOH-H2O R' R C=O + NH3 C=NH Schéma 12. dans le premier cas.65 R' . fournit un mélange de N-alkylhydroxylamine. l’oxydation par le permanganate de potassium conduit à un composé nitré. dans le but de préparer une cétone par hydrolyse. l’oxydation. dans le cas d’amines benzyliques.67 De nombreux oxydants sont capables de déshydrogéner les amines primaires ayant CαH2. le système persulfate de potassium-sulfate de nickel K2S2O8-NiSO4. et plus particulièrement. par hydrolyse. KMnO4 x2 R NH R' H2O2 R R N N R' R' R tétraalkylhydrazine N OH R' N. R-CH2NH2. CH3CONHBr. D’autres oxydants ont une réaction semblable : il s’agit de l’acétate mercurique et du bioxyde de manganèse (schéma 12. réaction suivie d’une hydrolyse (schéma 12. R' R CH2 CH2 N R" MnO2 ou Hg (OAc)2 R' R CH CH R' R CH N R" ènamine CH N R" H2 O R' R-CH2-CHO + HN R" Schéma 12. Pb(OAc)4.678 Chimie organique De nombreux autres oxydants peuvent être utilisés comme l’hypochlorite de sodium avec catalyse par transfert de phase.66). Les amines secondaires aliphatiques sont oxydées en tétraalkylhydrazines par le permanganate de potassium et en dialkylhydroxylamine par le peroxyde d’hydrogène (schéma 12. Dans ce cas. le nitrosobenzène ou le N-bromoacétamide.68). R-CH2-NH2 1) IF5 2) H2O Schéma 12.67).66 Les amines tertiaires aliphatiques ne réagissent pas avec le permanganate de potassium sauf si un groupe méthylène est en position α de l’azote.68 R C N .N-dialkylhydroxylamine Schéma 12. Ie pentafluorure d’iode. IF5. en nitriles correspondants RCN : on peut citer le tétracétate de plomb. il se forme une ènamine qui. fournit un aldéhyde (qui peut s’oxyder en acide) et une amine secondaire. H R R' N R" O R O SO3H R' N R" acide de Caro OH + HSO4 -H R R' R N R" O R' N O R" oxyde d'amine tertiaire Schéma 12. Les réactions d’oxydation Les amines secondaires sont déshydrogénées en imines par le système diméthylsulfoxyde–chlorure d’oxalyle. parmi d’autres. Le palladium est utilisé à la fois pour les amines primaires et secondaires. R CH2 NH2 Pd . les peracides organiques.69 Le peroxyde d’hydrogène.679 12.71). l’acide de Caro ou l’ozone transforment les amines aliphatiques tertiaires en oxydes d’amines. Celui-ci se décompose ensuite en libérant l’oxyde d’amine. Il conduit dans les deux cas à une imine qui réagit avec l’amine encore présente ou une autre amine ajoutée au milieu ce qui conduit à un aminal.69). . ClCO-COCl. Les oxydes d’amines sont des composés basiques qui forment des sels avec les halogénures d’hydrogène et les halogénures d’alkyles (schéma 12.NH3 RCH=N-CH2R Pd H2 RCH2NH-CH2R H Schéma 12.H2 R CH NH R R CH2 NH2 R CH R N R CH2 CH NH2 N CH2 H aminal NH2 . Ce dernier perd une molécule d’ammoniac en formant une imine qui est réduite dans les conditions de la réaction en amine secondaire (schéma 12.70).70 Il se forme d’abord un complexe entre l’amine et l’oxydant qui a pu être isolé dans certains cas. Un exemple est donné avec l’acide de Caro (schéma 12. l’acide peroxytrifluoroacétique.72 L’aniline fournit divers composés d’oxydation suivant le l’oxydant utilisé.73).72). l’acide chromique.680 Chimie organique R R' N R" H2O2 R R' ou O3 N R H2O O R' N O H HO N O R X R" R" oxyde d'amine RX HX R R R' N O H R' X R" R" Schéma 12. L’acide de Caro fournit le nitrosobenzène.73 .71 La pyridine est oxydée en oxyde de pyridinium par action des peroxyacides ou du peroxyde d’hydrogène dans l’acide acétique (schéma 12. NO H2SO5 nitrosobenzène NH2 NO2 F3CCO3H nitrobenzène O K2Cr2O7 p-benzoquinone SO4H2 O Schéma 12. le nitrobenzène. R-CO3H N N O Schéma 12. la p-benzoquinone et l’hypochlorite de sodium. une coloration pourpre typique de l’aniline (schéma 12. 3-diaminophénazine. mais aussi l’oxygène en milieu basique ou le tétracétate de plomb (schéma 12.N’-dialkylhydrazines sont facilement oxydées. produit une coloration verte qui résulte de la formation de radicaux. mise en solution dans un solvant non polaire comme le benzène. Fe(CN)6K3.75). le chlorure cuivrique. CuCl2.76 12. Ph 2 KMnO4 NH Ph Ph Ph N N Ph Ph tétraphénylhydrazine Schéma 12. La diphénylamine.N’-diaryl ou N. conduit à la 2. le ferricyanure de potassium.3-diaminophénazine o-phénylènediamine O NH2 K2Cr2O7 p-benzoquinone SO4H2 NH2 O p-phénylènediamine Schéma 12.12 Hydrazines et hydrazones Les monoalkyl et monoarylhydrazines. par de nombreux oxydants comme l’oxygène en présence de soude. La paraphénylènediamine est oxydée en p-benzoquinone par l’action du bichromate de potassium dans l’acide sulfurique (schéma 12. NH2 Fe3+ 2 NH2 N NH2 N NH2 2.74 La diphénylamine est oxydée par le permanganate de potassium dans l’acétone en tétraphénylhydrazine.74). . Les réactions d’oxydation L’oxydation des amines primaires aromatiques en composés azoïques est réalisée par le dioxyde de manganèse. mais aussi les N. lesquels se couplent pour former la tétraphénylhydrazine (schéma 12.75 L’orthophénylènediamine. 2 Ar NH2 MnO2 Ar-N=N-Ar Schéma 12.681 12.76). traitée par le chlorure ferrique. (Ph)2N•. 78).N’-disubstituées. Pour les hydrazines N. en alcynes.77 L’hydrazine est oxydée par le peroxyde d’hydrogène à basse température. sont oxydées en composés diazoïques par l’oxyde mercurique. NaOBr. via un intermédiaire dérivé du diimide ou diazène. sauf dans le cas du bioxyde de manganèse. formées à partir de l’hydrazine et d’une cétone.78 Les hydrazones dérivées d’un aldéhyde aromatique sont oxydées dans l’éthanol en nitriles.(voir schéma 13. pour lequel l’isomère Z est obtenu majoritairement (schéma 12. parmi d’autres. MnO2. HgO. un carbure est obtenu à côté d’azote. le tétracétate de plomb. réaction souvent utilisée pour préparer des cycloalcynes. Les hydrazones. R C N NH2 O C N N R' R' composé diazoïque Ar C N NH2 HgO Ar C N nitrile aromatique H R R R' R C N NH2 C N NH2 HgO C + 2 N 2 + 2 H 2O C R' alcyne Schéma 12. l’hypobromite de sodium. Avec les hydrazines monosubstituées.77).7). ou l’oxyde d’argent (schéma 12. en diimide ou diazène. composé solide instable. O R NH NH2 R N RH NH + N2 dérivé monosubstitué du diimide ou diazène O R NH NH R' R N N R' composé azoïque R = aryl ou alkyl H2 N NH2 O HN H2 + NH N2 diimide ou diazène Schéma 12.682 Chimie organique l’oxyde mercurique. des composés azoïques de configurations Z et E sont formés. Celles dérivées d’α-dicétones sont oxydées en présence d’oxyde mercurique ou d’oxyde d’argent. . et qui libère de l’hydrogène et de l’azote en se décomposant. Ag2O. C’est un puissant réducteur de doubles et triples liaisons carbone-carbone et de liaisons -N=N. L’acide nitrique et le permanganate de baryum oxydent les thiols en acides sulfoniques (schéma 12.13 Composés soufrés Les thiols RSH sont oxydés en disulfure R-S-S-R (couplage oxydatif) par les oxydants doux comme l’air (surtout si une base est présente).80 Les thiolates traités par l’iode sont aussi oxydés en disulfures. des radicaux et des radicaux-anions. cystéine et cystine (schéma 12.80). l’anion thiolate est oxydé par l’oxygène en un radical libre. ou l’hypochlorite de sodium.S + O2 R -S + O22 2 R -S R -S -S-R O 22 + BH HO + B + 1/2 O2 Schéma 12.81 R-S-S-R RSO3H .683 12. La réaction est réversible en présence d’un réducteur : c’est le cas de l’équilibre rencontré souvent en biochimie entre les acides α-aminés. 2 RS R-SH I2 HNO3 Schéma 12. Les réactions d’oxydation 12. R-SH + B R -S + BH R -S + O2 R -S + O2 R. lequel effectue un couplage pour former le disulfure (schéma 12.81). l’iode dans le diméthylsulfoxyde. HOOC O CH CH2 SH 2 HOOC CH CH2 S Red H2N S COOH CH2 CH H2N NH2 cystine cystéine Schéma 12. l’acétate de thallium(III).79 Avec l’oxygène.79). le chlorure cuivrique. Après retrait du proton de RSH par une base. la réaction est complexe et fait intervenir des anions. le peroxyde d’hydrogène. 84). ou d’argent.1.2. parmi d’autres. si un excès de peroxyde d’hydrogène est présent.2. I2 CH COOEt EtOOC x 2. après formation de leurs sels. Ag2O.684 Chimie organique Les thioéthers. puis en sulfones.82 12. tandis qu’à température plus élevée.82).14 Couplage oxydatif de molécules Z-CH2-Z avec Z = groupe électroattracteur Le couplage oxydatif de molécules de type Z-CH2-Z.1. par action de l’iode. soit par oxydation directe par les oxydes de plomb. Des dérivés d’alcanes symétriques en sont le résultat (schéma 12. sont d’abord oxydés en sulfoxydes. sous l’action du peroxyde d’hydrogène dans l’acide acétique glacial (anhydre). L’acide périodique à 0 °C conduit seulement aux sulfoxydes.2-éthanetétracarboxylate d'éthyle Schéma 12. les sulfones sont obtenues (schéma 12. soit. I2 CH -2I EtOOC COOEt CH COOEt 1. R H2 O2 S R S O thioéther sulfone R R S O R' O S H S R' O O O H O S H O R' R' O H R' OH R S R' S H R R O O R' H R O O R sulfoxyde R O O S R R S R H2O2 O O + H2 O O sulfoxyde H OH R O S O R sulfone H + H 2O H H Schéma 12.2-tétraphényléthane COOEt EtO CH -2I diphénylméthane COOEt Ph x 2. où Z représente un groupe électroattracteur -I ou -M s’effectue. PbO2.84 . Ph Ph CH2 Ph NaNH2 NH3 CH Ph CH2 COOEt malonate d'éthyle Ph Ph CH Ph 1. Cette dernière réaction est aussi réalisée par le permanganate de potassium. Pb(OAc)4. R-CO-O-R’.86). D’autres oxydants dérivés de Ag(II). pouvant conduire à des mélanges de divers composés dont un alcane.85 D’autres oxydants comme l’anhydride chromique dans l’acide sulfurique. RCH2-O-R’.. . COOH H C C C C Pb(OAc)4 C C COOH Pb(OAc)4 H C C H H C COOH Pb(OAc) 4 C H C H H C H + C H C C H COOH Pb(OAc)4 H Cu(OAc)2 H C COOH Pb(OAc) 4 H Cu(OAc)2 C C + CO2 + .. par le tétroxyde de ruthénium (schéma 12. a la propriété d’effectuer de nombreuses réactions d’oxydation avec les acides carboxyliques.85). H H C H C H Schéma 12.. l’oxydation conduit à une lactone.86 C H C OAc H + CO2 + . Ce(IV) et Co(III) fournissent des résultats équivalents. sont oxydés directement en esters. un ester. Les réactions d’oxydation 12. RCOOH. O R CH2 O R' RuO4 R C O O R' Cl O RuO4 N N O O O tétrahydropyrane N Cl O Cl δ−valérolactone acide trichloroisocyanurique Schéma 12. Mn(III).685 12..16 Décarboxylation oxydative des acides Le tétracétate de plomb. 12. RH. ROAc. ou l’acide trichloroisocyanurique permettent aussi cette réaction. un alcène si un méthyne est présent en α du groupe carboxyle et d’autres produits résultant de réarrangements divers (schéma 12.15 Oxydations des éthers en esters Les éthers qui possèdent au moins un groupe primaire aliphatique de la forme. Si l’éther est cyclique. Le carbocation R+ peut donner toutes les réactions de cette entité chimique et en particulier perdre un proton pour former un alcène. •Pb(OAc)2OCOR. et à des esters ou / et des alcènes pour les acides secondaires.88 La présence d’un radical R• et d’un carbocation R+ dans le milieu permet de comprendre le nombre de produits pouvant être formés.87). CH C + Cu2+ C Schéma 12. OAc. un mécanisme radicalaire en chaîne (schéma 12.89 C + H + Cu+ . ce qui fournit les composés A et/ ou B (schéma 12. La plupart des réactions effectuées avec le tétracétate de plomb sont radicalaires ce qui explique les nombreux produits possibles.89).686 Chimie organique Lorsque R est un groupe tertiaire. se réarranger ou réagir avec d’autres fonctions présentes… La présence d’ions cuivriques Cu2+ a pour rôle d’oxyder les radicaux primaires et secondaires R• en alcènes (schéma 12. La propagation de la chaîne s’effectue à travers deux réactions : la première est l’attaque du radical R• sur le composé A qui conduit à un nouveau radical. l’alcène ne peut être obtenu avec de bons rendements qu’en présence d’acétate cuivrique Cu(OAc)2 à côté du tétracétate de plomb. le mécanisme est de même nature). d’un autre radical R•. Pb(OAc)3 + R C Pb(OAc)2OCO-R R + Pb(OAc)3)OCO-R A Pb(OAc)2OCO-R R + + CO2 Pb(OAc)2OCO-R (initiation) + AcO propagation D Pb(OAc)2 + R + CO2 D Schéma 12. Des esters sont majoritaires dans le cas où les acides sont β. L’absence d’acétate de cuivre conduit principalement à des alcanes pour les acides primaires. (radical D) accompagné d’un anion acétate et d’un carbocation R+. Le radical D se dégrade ensuite en radical alkyle R•.87 Dans le cas du composé A (pour le composé B. l’alcène qui provient d’une élimination de H du méthyne en position β et de COOH est très majoritaire. donc très réactif.γ-insaturés ou benzyliques. s’il est primaire. réagir avec l’acide acétique avec production d’un ester. Pb (OAc)4 + 1 ou 2 R-COOH Pb(OAc)3OCO-R et Pb(OAc)2(OCO-R)2 A B Schéma 12. et d’anhydride carbonique. Ainsi R•. La première partie du mécanisme consiste en un échange de groupe(s) acétyloxy.88) est initié par la formation d’un radical. Si R est primaire ou secondaire. par RCOO. peut extraire un atome d’hydrogène du solvant pour former un alcane RH ou bien se coupler avec un autre radical pour former un alcane symétrique R-R. anhydride carbonique et acétate de plomb(II). Pb(OAc)3. entre autres réactions. (radical C). respectivement en alcènes et en gem-diacétates ou acylals.687 12. composés qui sont facilement hydrolysés en cétones correspondantes (schéma 12.90 Dans le cas de l’acide succinique. Les réactions d’oxydation Le tétracétate de plomb est suffisant pour oxyder les radicaux tertiaires R• en alcènes. mais ionique. .3diphénylstilbène et le stéréoisomère méso conduisent tous au trans-stilbène (ou trans-1. Dans ce cas. Le mécanisme possible est indiqué dans le schéma 12. car l’acide (d. la réaction est effectuée en présence d’oxygène. Des dérivés des acides succiniques et de l’acide malonique peuvent être bisdécarboxylés par le tétracétate de plomb.91.l)-2. C COOH C COOPb(OAc)3 + HOAc + Pb(OAc)4 C C C C COOH O C O OAc Pb OAc C COOH C C O + CO2 + Pb(OAc)2 + AcO C OAc C C COOH H COOH + CO2 + H C O Schéma 12. mais pas stéréospécifique.92).90). C C COOH C Pb(OAc)4 O2 COOH C dérivé d'acide succinique R COOH C R' Pb(OAc)4 COOH R OAc C R' dérivé d'acide malonique H2 O OAc R C O R' acylal Schéma 12. le tétracétate de plomb ne donne pas lieu à une réaction radicalaire.91 Cette réaction est stéréosélective.2diphényléthylène) (schéma 12. 3-diphénylsuccinique Pb(OAc)4 Ph CH HC Ph trans-stilbène Schéma 12.92 .l)-2.688 Chimie organique H C Ph H C Ph COOH COOH COOH Ph C H H C Ph COOH COOH H C Ph Ph C H COOH acide (d.3-diphénylsuccinique acide méso-2. ........7 Aldéhydes et cétones .............................................7................. 691 13........................................1 Définition et généralités ........................ 693 13...... 697 13........................... 710 13...........................3 Alcènes ....................................................................... 718 13...........1a – La réaction de Clemmensen ............ 706 13................... 698 13................................................5 Composés aromatiques ........ 696 13.............. 708 13......................7............1..............................................................4 – Transfert d’hydrogènes d’un composé donneur vers un composé accepteur en présence d’un catalyseur ............................................................................................................. 720 .................................................1 – Réductions de >C=O en >CH2 ..........6 Alcools ..................................7............................................... 702 13...............................4 – Réaction de Willgerodt ..................2-diols ..............................1b – La réaction de Wolff-Kishner .........................................7.....................................................................1 – Transfert de deux radicaux « hydrogènes » par hydrogénation catalytique .................3a – En 1....1c – Autres méthodes .............7...........3b – En alcènes ......... 719 13.......7.............3 – Transfert direct d’un électron d’un métal (dit soluble) et addition d’un proton .................3 – Réduction bimoléculaire des aldéhydes et cétones .........1................1.......... 691 13...................................................................7.. 697 13... 711 13...2 Cyclohexane ................2 – Transfert d’un ion hydrure suivi de l’addition d’un proton ................................2 – Réduction en alcools ................. 718 13....... 706 13......................4 Alcynes ................................. 701 13.................................................Chapitre 13 Les réactions de réduction Sommaire : 13.......... 704 13....................7. 706 13.1...............................................................................7. .................................................. 725 13.......................................................1 – Réduction en deux alcools ..............9............... 739 13............................................4 – Condensation en acyloïnes .................................................16 Dérivés nitrés .............. oxydes d’amines et composés azoxy ................................... chlorures de sulfonyle .............. 728 13..17 Nitriles et imines ........................................................ 725 13.. 736 13........... 730 13...... 722 13..2 – Réduction en alcools ...............9........................................................9............................................................. 729 13..............................8 Quinones ............................... 722 13.... 728 13.................. 742 13..................... 742 ........................18 Azides...................................................................................................... 723 13................................. acides sulfoniques...... disulfures................. sulfones...............15 Halogénures.................1 – Réduction en aldéhydes ............... sulfoxydes............10.......................................19 Thioéthers................................. 727 13.........................................10 Acides ....690 Chimie organique 13............10.....................727 13........10.......................................................13 Amides ...........................3 – Réduction en éthers ....................... 731 13...........2 – Réduction en aldéhydes ........... tosylates et sulfures ........................................14 Ethers.... 720 13..9 Esters ........................... 733 13...........................11 Anhydrides d’acides .................................................................. 727 13.......................12 Chlorures d’acides .................................9..........................................................................................................................3 – Réduction en alcanes ...... époxydes ....................... 1 – Transfert de deux radicaux « hydrogènes » par hydrogénation catalytique Le mécanisme de l’hydrogénation catalytique (Ni. Ainsi. Le platine. Toutefois.1). du catalyseur utilisé. . En chimie minérale. de son environnement et de son encombrement. oxyde d’amine réduit en amine…) ou d’un autre hétéroélément (halogénures réduits en alcanes). la réduction correspond à un gain d’électron(s) : par exemple si Fe3+ gagne un électron. les agents réducteurs sont nombreux et variés et nombre d’entre eux ont déjà été cités dans les chapitres 9 et 10 concernant les additions sur les doubles liaisons. On peut effectuer des réductions par les méthodes indiquées ci-après. leur choix s’effectue de telle sorte que la chimiosélectivité de la réduction soit la meilleure possible lorsque plusieurs fonctions réductibles sont présentes dans une même molécule. la réduction d’une fonction s’accompagne le plus souvent de l’addition d’atomes d’hydrogènes (par exemple.1). et des conditions expérimentales. Le nickel de Raney (qui résulte de l’action de la soude sur l’alliage de Raney Al-Ni). du retrait d’un ou plusieurs atomes d’oxygènes (acide réduit en alcool. le chromite de cuivre.13. Les réactions de réduction 691 13. R-CH3 (degrés d’oxydation du carbone : –2 puis –3 (voir le tableau 12. Rh) s’effectue par un transfert de deux radicaux H• dont le mécanisme est donné au § 10. est converti en alcane correspondant. alcool réduit en alcane. Pt. il est possible d’indiquer les fonctions par ordre de facilité décroissante de l’hydrogènation catalytique (tableau 13. R-CH2OH. Pd.1 Définition et généralités La réduction étant l’inverse de l’oxydation. Ru. CuCr2O4. on peut la définir comme une diminution du degré d’oxydation pour un élément donné. le platine ou le rhodium sont indiqués pour la réduction des cycles aromatiques.1a. Il existe aussi des catalyseurs en phase homogène d’un emploi plus spécifique et pour effectuer le plus souvent des réductions énantiosélectives (schéma 13. Dans la mesure où ils ne réduisent pas toutes les fonctions réductibles ou dans des conditions différentes. il y a réduction lorsqu’un alcool aliphatique. il est réduit en Fe2+. alcyne réduit en alcène puis en alcane. La facilité de la réduction dépend de la nature de la fonction. le palladium ou le platine sont plutôt utilisés pour réduire les doubles et triples liaisons isolées. Le nickel de Raney. Comme les oxydants.5). cétone réduite en alcool puis en alcane…).1.2. ou le ruthénium servent pour la réduction des groupes carbonyles. 13. En chimie organique. 692 Chimie organique Réactivité décroissante de l'hydrogénation catalytique OH O C C + HCl H H Cl chlorure d'acide alcool primaire NH2 O C N H H O amine primaire dérivés nitrés H C H C C C alcyne alcène O OH C C H alcool primaire aldéhyde C H H CH CH (plus difficile si le nombre de substituants augmente) C alcane alcène O OH R R H cétone alcool secondaire Ph-CH2OR PhCH3 + ROH éther benzylique toluène NH2 C N C nitrile naphtalène H H amine primaire 1.1 Les solvants utilisés sont fonctions de la nature du composé traité.4-tétrahydro-naphthalène O OH OR H C C ester H + ROH (seulement en série aromatique) alcool primaire O C NHR amide tertiaire CH2NHR (seulement en série aromatique) amine secondaire (très difficile) benzène cyclohexane Tableau 13. il s’agit généralement de l’acétate d’éthyle.3. de l’eau.2. du dioxane. À basse pression (quelques bars). de la température de la réaction et de la pression d’hydrogène. de l’éthanol. de l’acide . AlLiH4. AlH(iso-Bu)2. le cyclohexane ou le méthylcyclohexane et parfois l’eau. l’hydrure de diisobutylaluminium. H3C C CH2 H3C N H 2. Le terme hydrogénolyse signifie la rupture de liaisons par hydrogénation catalytique. . i-propanol). Par exemple. Un autre exemple est la réduction du benzoate d’éthyle en présence de chromite de cuivre à 200 bars et 200-250 °C qui conduit à l’alcool benzylique et à l’éthanol. le diméthoxyéthane. On peut donner un classement des fonctions réductibles par ordre décroissant de la réactivité de AlLiH4 (tableau 13. BH4Na.1 13. L’alcool benzylique est ensuite réduit dans ces conditions en toluène (schéma 13. le borohydrure de sodium.693 13. le tétrahydrofurane (THF) et le diglyme. NaBH4. (CH3OCH2CH2)2O. contrairement au borohydrure de sodium. l’eau. MeOCH2CH2OMe (ou DME). les alcools (méthanol. les solvants sont. qui réagit dans les solvants protiques.2-diméthylaziridine O C O Et benzoate d'éthyle H2. c’est le solvant qui est conseillé si la réduction doit être longue et à une haute température.1. est l’un des plus utilisés dans les réductions classiques. avec une exception pour le diglyme. agités.2). Cet hydrure est décomposé par les solvants protiques indiqués mais suffisamment lentement par rapport aux réactions avec les substrats réductibles. La réactivité de NaBH4 en est proche mais aussi plus faible. 4 bars H3C Ni Raney dioxane H3C O H2. chauffés si cela est nécessaire. tous étant des solvants aprotiques. et reliés via un manomètre. Le milieu acide est évidemment déconseillé pour les catalyseurs déposés sur carbonates. Les solvants sont le diéthyléther. À hautes pressions.2 – Transfert d’un ion hydrure suivi de l’addition d’un proton Les réductions de nombreux composés résultent de l’addition d’ions hydrures fournis par les hydrures métalliques comme l’hydrure de lithium aluminium. dans le dioxane) en présence de nickel de Raney est une hydrogénolyse. éthanol. à une boutelle d’hydrogène sous haute pression. Les réactions de réduction acétique (parfois additionné d’acide perchlorique). DIBAL (ou DIBAL-H). 200 bars CuCr2O4 C2H5OH 200-250°C CH CH2 NH2 isobutylamine O EtOH CH3 + H2O CH2OH + alcol benzylique toluène Schéma 13. L’hydrure de lithium aluminium. Toutefois. ou autoclaves. l’ouverture du cycle aziridine sous l’action de l’hydrogène (4 bars. AlLiH4. entre autres. Les réactions se font dans des cylindres en aciers.1). ou les trialcoxyalanates de lithium AlLiH(RO)3. en raison de sa faible réactivité avec l’isopropanol. l’éthanol. qui forment d’abord un sel au sens de Lewis avec le substrat puis libère un ion hydrure. Le diborane B2H6 (équivalent à 2 x BH3). comme dans la réduction des acétals en éthers (schéma 13.694 Chimie organique O OH H C H C aldéhyde Réactivité décroissante de AlLiH4 H alcool primaire O OH R R H cétone O alcool secondaire OH C C Cl chlorure d'acide O C OR ester O alcool secondaire OH C H OH acide + ROH H alcool secondaire OH C C + HCl H H H + H2O H alcool primaire N(R)2 O C C N(R2) amide tertiaire O C ou H amine tertiaire C O C OH + HN(R)2 H H aldéhyde amine secondaire NH-R C NH-R N(R)2 H H H amide secondaire amine secondaire NH2 C N C H ou C + NH3 H H nitrile O H2O CH NH amine primaire aldéhyde imine NH2 C N OH oxime CH2X halogéno alcane C H amine primaire CH3 + HX alcane O NH2 (série aliphatique) N O dérivés nitrés amine primaire N N (série aromatique) Réaction lente dérivé azo Tableau 13. on utilise des hydrures électrophiles comme l’hydrure d’aluminium AlH3 (appelé aussi alane). réactions appelées .67). sont des réactifs nucléophiles qui réduisent en additionnant directement un ion hydrure sur le substrat. permet en particulier d’effectuer des réductions d’alcènes en alcanes ou de cétones en alcools secondaires. et l’hydrure de dichloroaluminium AlHCl2. Dans certaines réductions. acides de Lewis.2 Les hydrures AlLiH4 et NaBH4 parmi d’autres. 3). avant de réagir avec son substrat.6). trois molécules d’alcools (§ 13. en formant d’abord un trialkylborane qui. en présence d’acide organique comme l’acide acétique. C C OH + H2O H H acide C Réactivité décroissante du diborane OH O (composés obtenus après hydrolyse acide du trialkylborane formé) alcool primaire C CH CH alcane alcène O OH H C H C H alcool primaire aldéhyde O OH R R H cétone alcool secondaire O N(R)2 N(R2) H C C amide tertiaire H amine tertiaire NH2 C N C H H nitrile amine primaire O C H C OH C C (avec de meilleurs résultats en présence de BF3) alcool époxyde OH O C C H + ROH (très difficile et lent) H OR alcool primaire ester OH O C C H (très difficile et lent. le tétrahydrofurane. voire inerte) H Cl chlorure d'acide alcool primaire O inerte N O dérivés nitrés Tableau 13.695 13. Avec un équivalent de BH3.3 . C’est un acide de Lewis qui se complexe avec des bases de Lewis.3. libére trois molécules d’alcanes (§ 9. Le classement des fonctions réductibles par le diborane par ordre décroissant de réactivité est présenté dans le tableau 13. Les réactions de réduction hydroborations. trois molécules d’alcènes sont réduites. ou le diglyme. et en présence de soude et de peroxyde d’hydrogène. THF. solvants les plus souvent utilisés dans ces réactions. Si la couleur bleue persiste. étain ou fer. le solvant est anhydre. butanol. ou un acide minéral dilué. Des colorations apparaissent durant ces réductions : elles correspondent à la formation de composés radicalaires mésomères. on leur ajoute une trace de benzophénone. les métaux alcalins. ce qui conduit à un alcoolate alcalin incolore.5). lorsqu’on veut rendre anhydre du diéthyléther ou du THF (tétrahydrofurane). Lorsque la réduction est effectuée avec les amalgames (alliages avec le mercure) de sodium. cette eau apporte un proton au cétyle. soit par l’hexaméthylphosphorotriamide ou HMPT [(CH3)2N]3PO. mais il a été demontré qu’il n’en est rien et qu’au contraire. Zn. L’ammoniac peut être remplacé par des amines aliphatiques de faibles masses moléculaires.2). avant qu’un atome de métal lui transfère un nouvel électron. l’apport de protons au milieu est nécessaire : c’est le rôle de certains alcools comme l’éthanol. l’alcool isopropylique ou le tertiobutanol. Sn. comme le diéthyléther. ce qui provoque un déplacement électronique avec formation d’un radical-anion. on le met en contact du sodium ou du potassium ce qui transforme l’eau présente en hydroxyde de sodium ou de potassium solide. 13. En effet. C’est pourquoi l’emploi d’amalgames est préférable dans de nombreux cas à celui des métaux purs car ils diminuent l’évolution de l’hydrogène. Lorsque les métaux alcalins et le calcium sont utilisés en solution dans l’ammoniac liquide (Eb = –33 °C). appelé cétyle dans le cas des composés carbonylés. il se forme un cétyle qui résonne entre plusieurs formes limites et qui possède une coloration bleue. aluminium. Dans certains cas.3 – Transfert direct d’un électron d’un métal (dit soluble) et addition d’un proton Dans de nombreux cas. ce qui le transforme en un radical. mais aussi d’autres métaux. CH3O-CH2-CH2-OCH3. En effet. le toluène ou le xylène. . Li. Dans la plupart de ces réactions. Lorsque l’ammoniac est le solvant. un métal est susceptible de transférer un électron de sa couche externe (métaux alcalins. la réaction se fait dans un solvant protique : éthanol. cette réaction « parasite » le mécanisme réel de la réduction.1. le zinc et le magnésium sont mis en suspension dans des solvants inertes dans lesquels ils ne sont pas solubles. il s’agit de la réaction de Birch (1944). isopropanol. Mg.696 Chimie organique Il est nécessaire de rappeler ici le transfert intramoléculaire d’ion hydrure illustré par la réaction de Cannizzaro qui consiste en une dismutation d’aldéhydes aromatiques en un alcool benzylique (réduction) et un acide benzoïque (oxydation) (§ 10. zinc. Na. eau. Si de l’eau est encore présente. et Fe) vers un substrat organique. En présence du métal alcalin. soit par une solution très diluée dans certains éthers comme le 1. cette coloration ne persiste pas.2-diméthoxyéthane. solvant polaire aprotique. voire l’eau. acide acétique. ou zinc mais aussi avec les métaux purs. le métal fournit un électron de sa couche externe à un atome de carbone hybridé « sp2 » ou « sp3 ». Pour s’assurer que ces solvants sont totalement anhydres. un cosolvant est parfois ajouté comme le diéthyléther ou le tétrahydrofurane (THF) afin d’augmenter la solubilité du substrat organique. qui sont ajoutés en même temps que le substrat ou seulement au moment d’isoler le produit de la réaction. La production d’hydrogène « naissant » dans ce type de réactions a longtemps été considérée à l’origine de la réduction. Ca. K. Dans tous les cas. C’est particulièrement le cas de la benzophénone (schéma 13. qui résulte de l’oxydation de l’hydrazine par le peroxyde d’hydrogène.3).7) s’effectue selon un mécanisme concerté à six centres.1.3 . H2.Na C H H ion alcoolate e carbanion (incolore) Schéma 13.2 13. PtO2 AcOH Schéma 13. permet l’ouverture du cyclohexane (schéma 13.Na e cétyle benzophénone (entité chimique à coloration bleue) H2O. 13.4 – Transfert d’hydrogènes d’un composé donneur vers un composé accepteur en présence d’un catalyseur Certaines molécules comme le cyclohexène (donneur) peuvent transférer deux équivalents d’hydrogène en présence d’un catalyseur comme le palladium à des molécules ayant une double liaison (accepteurs) et qui sont réduites. D’autres méthodes de réductions non présentées dans cet ouvrage font appel aux techniques particulières de l’électrochimie. L’addition d’hydrogènes à une double liaison par le diimide. par exemple). (schéma 13.2 Cyclohexane L’hydrogénolyse. La liaison qui est ouverte est celle qui est la plus accessible au catalyseur (la moins encombrée) ou qui est substituée par des systèmes conjugués (cycles aromatiques. Le cyclohexène est alors oxydé en benzène (schéma 13.HO Na O O C C H Na O .9). Les hydrogènes sont transférés sur l’alcène tandis que le diimide est oxydé en une molécule de diazote. . dans l’acide acétique sous faible pression et en présence de platine ou de dioxyde de platine (catalyseur d’Adams).697 13. Les réactions de réduction O Na C O O C C . 698 Chimie organique 13.5. R2 C R1 R4 C H2. la stéréospécificité de l’addition syn peut être perdue en raison du caractère réversible de cette réaction. soluble dans l’éthanol. Pd addition syn R3 R2 R1 H H C C R3 R4 et son inverse optique R1 = R2 = R3 = R4 Schéma 13. .4. en particulier.4 L’hydrogénation est une addition syn (schéma 13. Il faut noter qu’il existe des catalyseurs métalliques en phase homogène comme le chlorure de tris-(triphénylphosphine)rhodium. Le plus souvent. plus son hydrogénation est lente et difficile. pour des alcènes pas ou peu encombrés. Un alcène trisubstitué peut être transformé en alcène tétrasubstitué ce qui rend l’hydrogénation plus difficile. Si l’hydrogénation est effectuée dans des conditions très douces et lentes.3 Alcènes Les réductions par hydrogénations catalytique et chimique des alcènes ont été décrites en partie au chapitre 9. Il est spécifique des doubles liaisons les moins encombrées. Rh(Ph3P)3Cl. qui réagit avec l’hydrogène pour former un hydrure métallique lequel transfère ses hydrogènes à la double liaison. Certaines hydrogénations énantiosélectives par catalyse homogène peuvent être effectuées par des catalyseurs chiraux complexes comme dans l’exemple du schéma 13. les doubles liaisons terminales dans une molécule qui en contient plusieurs. Plus un alcène est encombré.4) qui peut s’accompagner de migrations d’hydrogènes dans le composé traité surtout en présence d’acide. Les autres catalyseurs (Pt ou Rh) sont souvent choisis pour les éviter. la réaction se fait à 25 °C ou avec un faible chauffage. la pression peut dépasser 100 bars. Le palladium est connu pour favoriser ces migrations. L’intérêt de ce type de catalyseur se trouve dans la grande sélectivité de son action en raison de son volume important. Si l’alcène est encombré. la température est plus élevée et peut atteindre 200 °C. L’activité des catalyseurs métalliques pour ces réductions décroît dans l’ordre suivant : Pd > Rh > Pt > Ni > Ru. RO Schéma 13. R CH CH2 Na . seule. produit les diimides syn et anti qui peuvent réagir sur eux-mêmes pour reformer une molécule d’hydrazine et de l’azote.5 L’hydrure de lithium aluminium ou le borohydrure de sodium ne réduisent pas les doubles liaisons >C=C< sauf dans les ènamines.RO e e R CH2 CH3 R'NH2 ou R"OH R CH CH3 Na. En présence d’alcènes. réaction de Birch. La réduction des alcènes par des métaux alcalins dans l’ammoniac liquide ou les amines.RNH ou . est complexe car la régio.et stéréosélectivité de la réduction sont déterminées par la stabilité du carbanion intermédiaire (schéma 13.19) Schéma 13.699 13. .5.Na CH3 .6 Le diimide NH=NH composé instable sauf à –196 °C. la forme syn est active et l’addition est stéréospécifique syn (schéma 13. permet une très haute stéréosélectivité en cis-hydrogénation. Le diimide n’est pas utilisable pour réduire les doubles et triples liaisons fonctionnelles. in situ à 25 °C par le peroxyde d’hydrogène. . L’oxydation de l’hydrazine.Na R CH CH2 R'NH2 ou R"OH R CH . Les réactions de réduction Ph P Ph Me O H Ru Ph Ph O C C N H C P Ph Ph H COOH O Me H BF4 H CH O C (R) C COOH Ph NH H (100% ee) Ph H2 ee = excès énantiomérique (§ 4.6). ou si elles sont conjuguées avec des groupes carbonyles.7).RNH ou . 8 Le transfert d’hydrogènes d’un composé « donneur » vers un composé « accepteur » est une autre méthode de réduction des alcènes. trois molécules d’alcools sont formées (schéma 13.8). R1 R2 R3 R1 R3 H R2 BH3 diglyme H H R1 B H2O CH3COOH 3 trialkylborane non isolé diglyme: MeO O R3 R2 H H H et l'inverse optique H2 O 2 NaOH H2O-diglyme R3 H OMe 3 R2 3 R1 H OH et l'inverse optique Schéma 13.6). L’addition est stéréospécifique et syn. et l’alcène est réduit en alcane (schéma 13.N2 et son inverse optique H C H diimide syn addition syn Schéma 13. Cette addition suit la règle de Markownikov (réaction présentée au § 9.7 L’addition de borane suivie d’une hydrolyse conduit à un alcane. Le cyclohexène (composé donneur) transfère 4 hydrogènes à deux molécules d’alcène en présence d’un catalyseur comme Pd/C.700 Chimie organique H H H N N H2 O 2 2 + N H H H H N N N H H H en absence N d'alcène N H H + N=N diimides anti et syn hydrazine H N C N C H C . Le cyclohexène est oxydé en benzène. Le bore se lie au carbone éthylènique le moins substitué.9). Lorsque le trialkylborane intermédiaire est traité par la soude et l’eau oxygénée. . libèrent trois molécules d’alcènes cis. NH3.4 Alcynes Les alcynes sont généralement plus facilement réduits que les alcènes. les moins encombrées sont réduites les premières. L’action du diborane sur les alcynes conduit à des trivinylboranes. H2. Lindlar quinoléine. le passage à un alcène cis résulte d’une hydrogénation en présence d’un catalyseur de Lindlar (1 à 2 % Pd déposé sur du carbonate de calcium ou du sulfate de baryum.701 13. terminale et interne. une hydrogénation trans est possible. en présence d’acides faibles. partiellement inhibé par de la quinoléine ou de l’acétate de plomb(II)). Dans la mesure où l’alcène souhaité n’est pas trop encombré et ne contient pas de groupes fonctionnels très polarisés (sauf COOH). S’il existe deux triples liaisons. Les trivinylboranes traités par la soude et le peroxyde d’hydrogène fournissent trois molécules de cétones (schéma 13. ou par le DIBAL (hydrure de diisobutylaluminium). Si plusieurs triples liaisons sont présentes.10 L’emploi d’autres catalyseurs peut conduire à un mélange de cis et trans-hydrogénations (le plus stable thermodynamiquement). qui. iI est nécessaire de former d’abord le sel de l’alcyne terminal par addition d’amidure de sodium au milieu pour orienter la réduction sur la triple liaison interne. l’alcène trans résulte de l’action du lithium ou du sodium dans l’ammoniac liquide ou une amine (schéma 13. THF H addition trans Schéma 13. Si un alcyne est très encombré.10). AcOEt H H addition cis H Li. Dans le cas d’alcynes peu encombrés.9 13. La réduction par l’hydrazine produit aussi des alcènes cis.11). . Les réactions de réduction + 2 + 2 H benzène cyclohexène donneur H Pd accepteur Schéma 13. En effet. . laquelle est exothermique.7 kJ mol-1 d’énergie de résonance (§ 5.11).702 Chimie organique Et C C Et Et BH3 diglyme Et H C B C Et CH3COOH 3 H C Et 3 C H trivinylborane H 2O 2 H2O-diglyme Et 3 Et C Et H C 3 Et OH CH2 C O Schéma 13. sans réduction du cycle. exothermiques et sont aisées. 3 H2 H2 Ni Ni phénanthrène 9. ester ou amine des chaînes latérales ne gênent pas cette réduction. est un catalyseur spécifique d’hydrogénation des chaînes latérales insaturées du benzène. C’est donc une étape endothermique ce qui la rend différente d’une hydrogénation d’alcène. l’hydrogénation conduit par une première étape au cyclohexadiène ce qui correspond à la disparition du caractère aromatique et la perte de 123. Les réductions successives des deux doubles liaisons du cyclohexadiène sont. Dans le cas du phénanthrène. les alcools primaires des substituants sont réduits en groupes méthyles. Cr2O4Cu2. l’hydrogénation peut être arrêtée après addition d’un équivalent d’hydrogène (schéma 13.12). le rhodium sur alumine. L’hydrogène est sous pression de 90 à 200 bars selon le catalyseur. La réduction ne peut pas être arrêtée à l’une des étapes mentionnées : le produit obtenu est toujours le cyclohexane.10-dihydrophénanthrène Schéma 13. La présence de fonctions alcool secondaire. acide.5 Composés aromatiques L’hydrogénation catalytique du benzène en cyclohexane nécessite des conditions plus drastiques que celle des alcènes. le platine. et la température de 25 °C (Ni) à 150 °C (Pd/C). le nickel de Raney.6.12 L’hydrogénation peut être effectuée avec le palladium déposé sur du carbone (Pd/C). Le chromite de cuivre.11 13. Par contre. par contre. 4-dihydrobenzène ou cyclohexa-1. puis la protonation par l’alcool. isopropanol et parfois tertiobutanol). NH3-ROH . Les cycles benzèniques de composés ayant un groupe carbonyle protégé sous forme d’acétal ou d’éther d’énol peuvent être réduits sélectivement selon la méthode de Birch (schéma 13.14 . de Birch O O CH3 CH3 Schéma 13. le sodium transfère un électron au benzène qui devient un radical-anion. t-Bu .703 13.13 La présence de groupes donneurs comme alkyles ou alkoxy rendent la réaction plus difficile.4-diène (schéma 13. conduisent au cyclohexa-1. Un nouveau cycle réducteur par le sodium. t-Bu Na H e H H H H H H H H H H ROH Na. Les réactions de réduction Le benzène peut être réduit en 1.14).13).4-diène par la réduction de Birch. i-Pr. de Birch anisole O O 1-méthoxy-cyclohexa-1.4-diène R.RO Na H H e Schéma 13. Ils se retrouvent dans le composé hydrogéné sur les carbones qui n’ont pas subi la réduction (l’anisole ou méthoxybenzène fournit le 1-méthoxy-cyclohexa-1. NH3-ROH R = Et. Un proton est ensuite fourni par l’alcool ce qui conduit au radical cyclohexadiènyle.RO R = Et.4-diène). Dans ces conditions. Na H H ROH Na. OMe OMe R. La réaction a lieu en présence de sodium. en présence de traces d’alcool (éthanol. potassium ou lithium dans l’ammoniac liquide très pur. i-Pr. O 2 H2 Ni O O A COOH Ni N N H C COOH O D Na. Les exceptions sont liées à la présence de cycles aromatiques comme les alcools benzyliques.15).3-dihydro-1-pyridyles et 1. peu sensibles à l’hydrogénation catalytique ce qui en fait des solvants de choix (méthanol. pour leur majorité. la pyridine est très facilement réduite. propanol) pour la réduction d’autres fonctions par ce procédé. ou par AlLiH4 en présence de chlorure d’aluminium.4-dihydrofurane-2-carboxylique et 2. soit avec l’alliage de Raney (Ni-Al) en milieu faiblement basique.4-dihydropyridine.15 Contrairement au benzène.5. L’hydrure de lithium aluminium additionne quatre ions hydrures sur quatre molécules de pyridine ce qui conduit à un aluminate constitué d’anions 1. . L’addition d’acide à ce dernier libère quatre molécules de 1. le furane est hydrogéné en présence de nickel de Raney pour former le tétrahydrofurane (THF).EtOH pipéridine N H NH3 N H 1.16).5. diaryl et triarylcarbinols qui sont aisément réduits par le NaBH4 en présence d’acide trifluoroacétique. soit par hydrogénation catalytique avec le nickel de Raney en milieu faiblement acide à 25 °C.6-tétrahydropyridine N AlLiH4 x4 N Al N H 4 N N H Schéma 13.2. entre autres (schéma 13.3-dihydrofurane-3-carboxylique (C et D).2-dihydro-1-pyridyles. soit par action du sodium sur l’éthanol avec l’obtention d’abord de 1. Ce composé est utilisé comme agent réducteur.2.6–tétrahydropyridine.EtOH NH3 O B 3H2 NH3 COOH tétrahydrofurane furane Na. pour former dans les deux cas la pipéridine. puis de 1. éthanol. La réduction de Birch des acides furane-2-. et -3-carboxyliques (A et B) conduit respectivement aux acides 2. 13.704 Chimie organique Parmi les hétérocycles aromatiques (schéma 13.EtOH Na.EtOH NH3 N COOH O Na.6 Alcools Les alcools sont. et enfin de pipéridine.4-dihydropyridine 1.4-dihydropyridines. ou le triéthylborohydrure de lithium.18). AlLiH4. Ce sont des réactions stéréosélectives (mécanisme SN2 avec l’ion hydrure comme nucléophile) (schéma 13. secondaires ou tertiaires consiste à les transformer d’abord en d’autres composés plus facilement réductibles (esters. halogénures). L’élimination de l’anion hydroxyle fournit un radical benzyle.H2O Ar C H Ar Schéma 13. L’apport d’un second électron par le sodium conduit à un carbanion qui.705 13. par addition d’un proton de l’alcool. R2 R1 C CH2O-Ts AlLiH4 R2 R1 C CH3 R3 R3 Schéma 13. LiBH(Et)3 (« Superhydrure ») parmi d’autres agents réducteurs. R1 R1 R2 H2. Les tosylates sont réduits par NaBH4. Les réactions de réduction Ar Ar Ar C AlLiH4 OH Ar AlCl3 .17 La réduction indirecte des alcools primaires. est transformé en un dérivé du toluène (schéma 13.19).H2O R2 C H R3 R3 Schéma 13.18 Les alcools benzyliques sont réduits en alcanes correspondants par le sodium dans l’ammoniac liquide : un électron est apporté au cycle benzènique ce qui conduit à un radical-anion. Ni C OH . .16 Les alcools tertiaires sont réduits en alcanes correspondants par hydrogénolyse en présence de nickel de Raney (schéma 13. L’action de l’anhydride sulfurique en présence de pyridine sur les alcools les transforme en sulfonates qui sont immédiatement réduits par AlLiH4 en alcanes.17). acides pour la première. HCl. 13. OCH3.2). L’utilisation de zinc amalgamé est préféré à celle du zinc pur car elle diminue les réactions secondaires liées à la formation d’hydrogène à partir de zinc et d’acide dilué.7.5.1 – Réductions de >C=O en >CH2 La réduction du groupe carbonyle en groupe méthylène est effectuée par deux réactions principales : la réaction de Clemmensen et celle de Wolff-Kishner. ou OH dans la molécule de composé carbonylé n’est pas généralement une gêne à la réaction.3-dicétones donnent lieu à un réarrangement : l’acétylacé- . Il en est de même pour les cycles hétéroaromatiques conjugués. ou celle de Tischenko ont été présentées dans le chapitre concernant les additions sur les groupes carbonyles (se reporter aux § 10.7. et basiques pour la seconde. Par contre. il est substitué par un hydrogène. Les 1.5.706 Chimie organique Na OH e . dans les conditions opératoires classiques. ou des alcènes. 13.7 Aldéhydes et cétones Certaines réactions comme la réaction de dismutation des aldéhydes de Cannizzaro.20 La réaction de Clemmensen (1913) permet la réduction du groupe carbonyle des cétones. La présence de groupes tels que COOH.Na + OH OH H H EtOH Na H . les doubles liaisons >C=C< conjuguées avec le groupe carbonyle sont réduites aussi.20).1 et 10.EtO e Schéma 13. par chauffage (schéma 13. En fonction des conditions expérimentales de ces deux réactions. par action de zinc amalgamé (Zn / Hg) et de l’acide chlorhydrique. elles sont complémentaires. Les α-hydroxy cétones produisent des cétones suite à la réduction du groupe OH. S’il existe un halogène en position α du groupe carbonyle. Les molécules sensibles au milieu acide et celles de masses moléculaires élevées ne peuvent pas être réduites par cette réaction.19 13.Na H .1a – La réaction de Clemmensen R1 C O Zn/Hg. COOR. et plus rarement des aldéhydes. ∆ R1 CH2 R2 R2 Schéma 13. et d’alcènes.H2O Zn Ph C Me O Me B Zn Ph C H D H H C H O H C H Ph Zn O H Ph C Zn H A Zn Ph Me O O H O C Me E Zn Zn Ph C Me . Ph C Me H C Ph Ph Me C Me Zn Ph O H B C H Me H Ph Zn Me .21 Le composé carbonylé est d’abord protoné ce qui conduit à un carbocation mésomère A. >C(OH)-C(OH)<. Les réactions de réduction tone. Le mécanisme proposé pour la réduction de l’acétophénone est le suivant (schéma 13. Il existe des réactions parasites comme la formation de pinacols. Un proton du milieu est alors additionné sur l’atome d’oxygène (intermédiaire D) ce qui entraîne l’élimination d’une molécule d’eau et l’obtention d’un composé organozincique radical-cation E en résonance avec le radicalcation F.Zn C Me . Lorsque la réaction est réalisée dans le toluène à l’ébullition.Zn H H G F Schéma 13. CH3COCH2COCH3.707 13. CH3COCH(CH3)2.21 ). L’addition d’un proton du milieu forme le cation organozincique H qui est transformé en phényléthane par une seconde addition d’un proton et élimination de Zn2+. L’apport d’un nouvel électron du zinc conduit à l’entité G (de structure proche des ylures de soufre ou de phosphore). . les rendements sont excellents (modification de Martin).Zn2+ Ph Me C . est réarrangée en méthylisopropylcétone. L’apport d’un électron du zinc fournit un radical B qui se lie ensuite à un atome de zinc pour former l’entité radicalaire C. W. En pratique.22). EtONa. .K W.β car il se forme dans ce cas. Cette réaction est applicable aux composés carbonylés insaturés sauf si l’insaturation est en positions α. ∆ CH2 . les α-dicétones peuvent être réduites en composés monocarbonylés (schéma 13. KOH + Pt. K.H2O C .23 Le mécanisme débute par une déprotonation par la potasse du groupe amino à hydrogènes acides de l’hydrazone ce qui conduit à un anion mésomère. Le nouveau carbanion ainsi formé réagit avec l’eau du milieu pour former un groupe méthylène et un ion hydroxyle (schéma 13. des 2-pyrazolines.708 Chimie organique 13. l’hydrazone n’est pas isolée (schéma 13.1b – La réaction de Wolff-Kishner R1 C O R2 R1 NH2-NH2. L’anion résultant perd une molécule d’azote. K.7.24). HC C HC C C N C + O ∆ N H hydrazone isolable H2C CH (CH2)2 CO-CH3 CH3-CO-(CH2)2-CH2OH C6H5-CO-CO-C6H5 W. La protonation par l’eau est suivie d’une nouvelle déprotonation du groupe NH par la potasse. jusqu’à 200 °C.2H2O N NH2 R2 R1 KOH.K. Les céto alcools sont réduits en alcools. en tube scellé. …) dans un alcool. N C H 2N NH2-NH2 C H 2C 2-pyrazoline H2C CH (CH2)2 CH2-CH3 CH3-CH2-(CH2)2-CH2OH C6H5-CH2-CO-C6H5 Schéma 13. dans les schémas réactionnels) est la réduction du groupe carbonyle des cétones et aldéhyde par chauffage de leurs hydrazones. en présence de bases fortes (NaOH.23).N2 R2 Schéma 13.22 La réaction de Wolff-Kishner (1912) (indiquée W. permet d’effectuer la réaction à 25 °C. ces auteurs ont utilisé des solvants polaires à hauts points d’ébullition comme le diéthylèneglycol HO-(CH2)2-O-(CH2)2-OH (PEb : 245 °C) ou le triéthylèneglycol.709 13. Deux molécules d’hydrazones peuvent réagir entre elles pour former une azine .H2O C O R2 R2 R1 C 2 ∆ N-NH2 R1 C N-NH2 R2 azine R1 R1 HO C N C NH N NH + H2 O R2 R2 R2 + NH2NH2 CH N N HC R2 R2 R1 R1 H2O -HO R1 CH R2 N CH H 2O R1 CH N NH R2 . En raison de la température élevée de la réaction. comme solvant. les semicarbazones. Une modification importante a été apportée à la réaction originale de Wolff-Kishner. et les 2. aromatiques.N2 R1 R2 N HO . Les réactions de réduction R1 R1 N-NH2 + 2 H2O C + NH2-NH2. et de l’eau.4-dinitrophénylhydrazones. HO-(CH2)2-O-(CH2)2O-(CH2)2-OH (PEb : 285 °C) ce qui évite l’utilisation de tubes scellés et permet l’extraction par distillation de l’hydrate d’hydrazine (PEb : 120 °C) en excès.H2O R1 CH2 + HO R2 Schéma 13. . .24 La réaction est applicable aux cétones aliphatiques. l’utilisation du t-BuOK dans le DMSO. 100 °C). Afin de l’éviter. avec des résultats très variables. celle de Huang-Minlon.β-insaturée cyclique est réduite par la semicarbazide en présence de t-butylate de potassium (toluène. c’est une réaction secondaire possible et très gênante. d’autres dérivés de l’hydrazine ont été employés comme les alkylhydrazones. Dans certains cas.25. alicycliques et hétérocycliques. Dans l’exemple présenté dans le schéma 13. une cétone α. Elle s’effectue alors avec le cyanoborohydrure de sodium. NaBH3CN. NaBH4 + 3 MeOH C H NaBH(OMe)3 NaBH(OMe)3 N N H Ts C .BH N N Schéma 13.βinsaturées. NaBH(OMe)3 (schéma 13.7-octahydro-naphthalène carbamate de t-butyle Schéma 13.7.2.27).4a. Elle résulte d’un mécanisme concerté cyclique à six centres (schéma 13.Ts N N H H Ts C N NH H B H C H MeOH .4a.7.MeO .4. Avec NaBH4 dans le méthanol.8-hexahydro-3H-naphthalèn-2-one C O NH2 KOtBu N N C NH2 O O N N C K NH2 O tBu H + N2 + H2N-COOtBu 1.6.26 Il est intéressant de noter que cette méthode peut être utilisée avec les cétones α.5. l’agent réducteur actif est le triméthoxyborohydrure de sodium. mais la double liaison migre à une position qui intègre le carbone du groupe carbonyle.710 Chimie organique H2N-NH-CO-NH2 O N H N 4.26).3.B(OMe)3 . ou le borohydrure de sodium NaBH4.25 13.5.6. . en présence d’acide acétique.1c – Autres méthodes Les tosylhydrazones (ou d’autres hydrazones portant un bon groupe partant) sont réduites par le borohydrure de sodium ou le borane.N2 C H C H . 711 13. NH=NH. le groupe carbonyle fixe un ion hydrure et. Les réactions de réduction R1 C R2 Ts R1 R3 C C H N R4 NaBH3CN . le triisopropylphosphite. -C≡C.5). immédiatement déprotone le solvant (par exemple l’éthanol) pour former un alcool et de l’éthoxyborohydrure de sodium.TsH N R2 H R3 C C C R4 . les aldéhydes aromatiques. l’action des métaux alcalins dans les alcools (méthode de Bouveault et Blanc). § 10. le lithium dans l’ammoniac. Le borohydrure de sodium et l’hydrure de lithium aluminium sont les plus utilisés.7. mais on peut y ajouter la réduction par le borane BH3.2 – Réduction en alcools La réduction des cétones et aldéhydes. pour les cétones.27 Un nombre important de réactifs ont été découverts pour réduire le groupe carbonyle des cétones et aldéhydes en groupe méthylène : d’abord l’hydrogénation en présence de catalyseur (Pt/PtO2) à température souvent supérieure à 200 °C pour la plupart des cétones et aldéhydes. .et -N=N-. respectivement en alcools secondaires et primaires. la réduction par l’isopropoxyde d’aluminium. parmi d’autres.2.28). a été présentée (§ 10.3-dithiane thioacétal Schéma 13.29). mais qui est plus spécifique des doubles et triples liaisons symétriques >C=C<. Dans le cas du borohydrure de sodium (schéma 13. HS C O S HS C BF3 S Ni ROH CH2 1.28 13.N2 R3 R1 CH C R2 H N N C R4 H Schéma 13. la réduction par le diimide. puis les hydrures. Une autre méthode consiste à désulfurer les thiocétals en présence de nickel de Raney (schéma 13. Ce dernier peut de nouveau réagir trois fois sur de nouvelles molécules carbonylées.1). et la réduction enzymatique des cétones et aldéhydes par les déshydrogénases. et parfois. la réaction de Cannizzaro (une dismutation spécifique de certains aldéhydes. réaction de Meerwein. Pour former finalement du tétraéthoxyborate de sodium. AlLiH4 ou le NaBH4 en présence de trichlorure d’aluminium. Cette partie est donc un complément au chapitre 10.Ponndorf-Verley. P(i-PrO)3. Avec le composé carbonylé. il est possible de réduire. à faible température de manière chimiosélective. Pour cela. en libérant de l’hydrogène. en présence d’eau. On peut effectuer la réaction inverse si on augmente la réactivité de la cétone par rapport à l’aldéhyde en série aliphatique.29 L’hydrure de lithium aluminium AlLiH4 est plus réactif que NaBH4 en raison d’une plus forte polarisation des liaisons Al-H. AlLiH4. et plus généralement les solvants protiques.30). H H Al H H C O EtOEt H 3 C O Al O C Al (-O C H H H Li hydrure de lithium aluminium hydrure de lithium alcoxyaluminium Li Al (-O C Li )4 H 2O Al(OH)3 + LiOH Li )4 H tétraalcoxyaluminate de lithium + 4 C OH H H Schéma 13. fournit l’alcool attendu. l’hydroxyde d’aluminium et de l’hydroxyde de lithium (schéma 13. il se forme d’abord un hydrure de lithium alkoxyaluminium qui peut encore réagir trois fois avec un composé carbonylé en produisant un tétraalkoxyaluminate de lithium. on utilise le plus fort caractère basique de l’oxygène cétonique par rapport à celui de l’aldé- . qui. l’aldéhyde. car H est moins lié à l’aluminium qu’au bore dans NaBH4. Ce réactif.30 Les hydrures réagissent plus vite avec les aldéhydes qu’avec les cétones.712 Chimie organique H Na H B C H O H H OEt H Na B OEt H C + OH H H borohydrure de sodium éthoxyborohydrure de sodium 3 C O + 3 EtOH H 3 + B (OEt)4 Na C OH tétraéthoxyborate de sodium Schéma 13. réagit donc très violemment avec l’eau et les alcools. Ses réactions ont donc lieu dans un solvant anhydre aprotique qui est le diéthyléther ou le THF anhydre dans la majorité des cas. Si les deux fonctions sont présentes sur un composé aliphatique. si on utilise un hydrure pas trop réactif comme de borohydrure de sodium BH4Na. le DIBAL ou hydrure de diisobutylaluminium) à l’autre groupe carbonyle. avec un acide de Lewis. relativement. on peut aussi effectuer une réduction chimiosélective d’un composé dicétonique.32. Cette propriété permet à l’oxygène cétonique de former un sel au sens de Lewis. ce qui résulte de l’effet +I des groupes alkyles de la cétone. CeCl3. l’addition d’un acide de Lewis très volumineux formera un sel avec la fonction la moins encombrée. ce qui permettra.31).31 En utilisant cette propriété de l’oxygène basique des cétones.32 H OH . Le carbone cétonique devient alors plus électronégatif donc plus réactif que celui de l’aldéhyde. Si l’un des groupes carbonyles est plus encombré que l’autre. Les réactions de réduction hyde. le trichlorure de cérium. 1978) (schéma 13. Le résultat sera la réduction du groupe carbonyle le plus encombré. qui. lui ne réagit pas avec CeCl3 : la réduction s’oriente alors sur la cétone (c’est la réduction chimiosélective de Luche. un accès plus aisé de l’hydrure (dans le schéma 13. O O O LiBH(sec-Bu)3 t-Bu Me H OH O t-Bu O O AlMe 2 DIBAL hydrure (iBu)2AlH acide de Lewis Al O encombrement stérique accès de l'hydrure rendu difficile Schéma 13. oxygène le plus basique O O CeCl3 H CeCl3 O O H carbone de C=O le plus électronégatif carbone de C=O le moins électronégatif carbone de C=O carbone de C=O le moins électronégatif le plus électronégatif NaBH4 MeOH basse température H OH NaBH4 MeOH O O H OH H H Schéma 13.713 13. d’autre part.(1968). (schéma 13. moyen « M ».714 Chimie organique La réduction chimiosélective du groupe carbonyle des cétones α. c’est-à-dire entre « G » et « P ». AlH3. on peut remarquer que ce modèle est d’autant plus vrai que le groupe R alkyle augmente de volume.34) permet de prédire l’orientation de l’attaque de l’hydrure : ayant représenté la molécule selon Newman. la conformation éclipsée est la moins réaliste.33 Un aspect important de la réduction des cétones est la stéréosélectivité de l’attaque de l’hydrure sur le groupe carbonyle. réducteur électrophile résultant de la réaction de AlLiH4 sur AlCl3. . En effet. la réaction de Luche est utilisée. NaBH4 réduit préférentiellement celle qui n’est pas insaturée. O O O NaBH4 . L’attaque du carbonyle conjugué nécessiterait plus d’énergie en raison de la perte du caractère mésomère. ce qui rend le carbone du carbonyle plus électronégatif et oriente l’addition de l’ion hydrure sur ce carbone (schéma 13. Il s’agit des modèles de Karabatsos. Pour réduire le carbonyle conjugué. « P ». ce qui correspond aussi à une plus grande gêne stérique.β-insaturée se trouvent sur une même molécule. d’une part.78°C O CeCl3 CeCl3 H OH O O O NaBH4 O HO H Schéma 13. où « G » est orthogonal au groupe carbonyle et à gauche de la représentation. et de Felkin. le groupe carbonyle se trouvant en position trans par rapport à « G » .ont été proposés. Ce dernier prend en compte qu’à l’état de transition. l’attaque préférentielle de l’ion hydrure (ou de l’anion pour d’autres réactions). la conjugaison augmente le caractère basique de l’oxygène du groupe carbonyle et la formation d’un sel de Lewis est facilitée par rapport à une cétone non conjuguée. ce groupe et R étant éclipsés. se fait du côté le moins encombré du groupe carbonyle. représentant R’. ou bien par NaBH4 en présence de CeCl3. (1967). Lorsque deux fonctions cétoniques dont l’une est α. et gros « G »). car elle est d’énergie élevée et propose un modèle dans lequel la conformation est décalée. Pour les cétones R-CO-R’ ayant un Cα chiral lié à trois groupes de tailles différentes (petit. 1952.33).β-insaturées est effectuée par l’alane. Dans l’exemple présenté. Dans ces conditions. D’autres modèles prenant en compte la conformation de l’état de transition de la réaction d’addition de H. le modèle de Cram. 715 13.M O O M P OH C H Ph (G) Me R OH C Ph (G) R OH si R = Me 74% = Et 76% = i-C3H7 83% = t-Bu 98% (P) (M) H H 3C C + OH H Me H R H H Ph H R Ph prépondérant Modèle de Felkin M M O P H.34 En réalité. . L’attaque de l’ion hydrure a lieu du côté le moins encombré du groupe carbonyle (schéma 13. les cyclohexanones et cyclopentanones. Modèle de Cram M M O P M M H H -M G R R H (P) C C G R G G (M) H (P) H3C C 1) LiAlH4-Et2O R 2) H Ph (G) H R O (M)H3C P HO P M H H. le résultat est évidemment le même que par application du modèle de Cram. entre « P » et « M ».35). Les réactions de réduction l’attaque préférentielle de l’ion hydrure est anti par rapport à G. AlLiH(t-BuO)3 augmentent la stéréosélectivité de telles réductions. Mieux que NaBH4. Pour l’exemple présenté. les seules réductions qui sont vraiment stéréosélectives ont été faites sur des composés carbonylés de conformations rigides : par exemple. les hydrures volumineux comme l’hydrotri-t-butoxyaluminate de lithium.M O OH M G H G R H -M G P R M H R P Schéma 13. 4-dihydropyridine. 1.37 décrit le mécanisme de la réduction de l’acétaldéhyde deutérié (afin de créer un centre chiral après réduction) par le NADH en présence de déshydrogénase.716 Chimie organique OH O H réduction Schéma 13.36 Le schéma 13. mais qui sont aussi des hydrogénases en raison des équilibres biologiques auxquels elles prennent part) qui font intervenir le coenzyme NADH (nicotinamide adénine dinucléotide) contenues dans la « levure du boulanger » représente un excellent exemple de réduction biologique énantiosélective.4-dihydropyridine ion pyridinium H CONH2 O H O O P O CH2 N O OH OH NH2 N O O P O CH2 O O OH O P O CH2 NMN (nicotinamide mononucléotide) N OH N O OH + H + 2e N N AMP (adénosine monophosphate) NAD+ = forme oxydée CONH2 OH - NH2 O O P O CH2 O O OH N N N N OH NADH = forme réduite nicotinamide adénine dinucléotide Schéma 13. la 1. Le NADH est la forme réduite du NAD+ avec lequel il est en équilibre comme le montre le schéma 13. .35 La réduction enzymatique des cétones et aldéhydes par les déshydrogénases (appelées ainsi.36 et dont les principaux acteurs sont l’ion pyridinium et sa forme réduite. NH2-CH(COOH)-CH2OH. forme une liaison hydrogène avec l’oxygène de la sérine. Les réactions de réduction attaque de la face Ré de l'acétaldéhyde pro (R) pro (S) H H H3 C CONH2 (a) Zn++ N face Ré (b) (c) D O face Si H O N + NH H NADH Ser (48) déshydrogénase histidine H 3C H (S) H CONH2 (51) D O Zn++ H H N NH O N Ser (48) NAD+ histidine (51) Schéma 13. et constituée de nombreux acides α-aminés liés entre eux par des liaisons peptidiques -CO-NH-) de l’apoenzyme et une liaison de coordinence avec un ion Zn2+ qui joue le rôle d’acide de Lewis. protonée. Une histidine (histidine 51) de l’apoenzyme.717 13. le nombre spécifie l’acide α-aminé dans la protéine enzymatique. appelée apoenzyme. (sérine 48.37 L’oxygène du carbonyle de l’acétaldéhyde forme une liaison hydrogène avec le groupe hydroxy d’une sérine. . l’éthanol qui résulte de cette réduction n’est pas chiral. a priori. de définir la stéréochimie de l’alcool qui sera obtenu à partir d’une cétone dissymétrique.34). Dans la réaction inverse. l’alcool secondaire qui sera obtenu aura son groupe OH en arrière de la représentation dans la majorité des cas. la haute stéréospécificité de ces réactions présente un intérêt en chimie pour la réduction de cétones dissymétriques en alcools chiraux.3 – Réduction bimoléculaire des aldéhydes et cétones 13. composé réducteur. Ce carbone est alors exclusivement attaqué par l’ion hydrure du NADH provenant de l’hydrogène prochiral R (§ 4. en présence de métaux susceptibles de leur transférer un électron comme le sodium (amalgamé Na/Hg).4-dihydropyridine.5. L’hydrogène provient du NADH.718 Chimie organique Ces différentes liaisons à l’oxygène du carbonyle. du côté de la face « Ré » (§ 4.3a – En 1. le carbone du groupe méthyle (b) et le deutérium (c) lié au groupe carbonyle. Bien entendu. à droite. ce qui le rend plus électrophile. comme dans le NADH de départ.38.37) du plan défini par l’oxygène (a).38 13.7. on utilise comme enzyme le HLADH (horse liver alcohol dehydrogenase) et du NADH qui est recyclé après son oxydation en NAD+ par le bisulfite de sodium. Le deutérium n’intervient pas dans ce mécanisme. l’oxydation de l’éthanol deutérié en acétaldéhyde deutérié par le NAD+. et le plus volumineux. L’alcool qui résulte de la réaction a une configuration absolue S.7. plutôt en série aromatique.5. ont pour conséquence l’augmentation de la charge partielle positive du carbone de cette fonction. et parfois les aldéhydes. La règle de Prélog (1953) permet.2-diols Les cétones. en présence de déshydrogénase. . O OH NADH déshydrogénase H OH O NADH déshydrogénase H3C CH2-Ph H 3C (S) CH2-Ph H Schéma 13. En biotechnologie. selon le schéma 13. qui induisent des effets électroattracteurs. en position 4 de la dihydropyridine. toutefois. Si la cétone est représentée de telle sorte que le plus petit substituant (l’hydrogène pour les aldéhydes) soit à gauche du groupe carbonyle. l’ion hydrure apporté par cet alcool provient de son hydrogène et l’attaque du plan de l’ion pyridinium s’effectue de telle sorte que l’ion hydrure ainsi transféré corresponde à l’hydrogène pro-R de la 1. avec l’acétaldéhyde non deutérié. 7. soit par le réactif de Sharpless préparé à partir d’un équivalent d’hexachlorure de tungstène.39). Hg e x2 O cétyle C C O O H C C O H O H 1.41 Les cétones et aldéhydes. .39 Les dialdéhydes possèdant une chaîne suffisamment longue sont cyclisés par cette réaction en présence de trichlorure de titane. C Na/ Hg O C . sont couplés pour former des alcènes symétriques (trans pour les aldéhydes) (schéma 13. D’autres réactifs ayant une activité semblable sont TiCl3-Zn-Cu. TiCl3.2-tétraphényl-éthane-1.2-diol ou pinacol Schéma 13. traités. forment un radical-anion cétyle qui se dimérise en 1.40). agissant comme donneur d’hydrogène.3b – En alcènes 2 C O réactif de Mac Murry ou réactif de Sharpless C C Schéma 13.2-diol Schéma 13.Na . Les réactions de réduction le magnésium ou l’aluminium. Mg et le complexe TiCl3-THF.41). permet aussi la formation du pinacol correspondant (schéma 13.40 13. WCl6.1. L’irradiation ultraviolette de la benzophénone en présence d’isopropanol.2-diol (pinacol pour les cétones) (schéma 13.2. plus particulièrement aromatiques. et de deux équivalents de butyllithium dans le THF à –78 °C. soit par le réactif de Mac Murry résultant de l’action de deux équivalents de AlLiH4 sur un équivalent de trichlorure de titane dans le THF. CHO CH-OH TiCl3 CHO Ph 2 CH-OH hn C O Ph benzophénone isopropanol Ph Ph Ph C C Ph OH OH 1.719 13. 8 Quinones Dans le cas des quinones. ou AlLiH4 (schéma 13. Dans ce cas. (1923) la réaction a lieu avec du soufre en présence d’ammoniac. Na2S2O4. on obtient l’acide correspondant (schéma 13. dont le mécanisme n’est toujours pas élucidé. Dans la modification de Kindler. la réduction en hydroquinones est très facile et de nombreux réducteurs peuvent être utilisés comme le dithionite de sodium (ou hydrosulfite de sodium).42 La réaction de Willgerodt. le groupe amido se trouve toujours à la fin de la chaîne par rapport au groupe aryle (schéma 13. les rendements baissent sensiblement. 1887. H Ph-CH2-(CH2)2-COOH + H2S + H2N O Schéma 13.43 Il est intéressant de remarquer que les cétones et aldéhydes suivants : PhCOCH2CH3. conduit à un mélange de phénylacétamide. d’une amine primaire ou secondaire anhydre (la morpholine est la plus utilisée). Ph-CH2CONH2. PhCH2COCH3 et PHCH2CH2CHO qui différent entre eux par la position du groupe carbonyle conduisent tous au même amide : PhCH2CH2CONH2 13.43). La butyrophénone. morpholine HN Ph-CH2-(CH2)2-CS N O O H2O. Il en résulte un amide et un peu du sel d’ammonium de l’acide dont dérive l’amide. OH O Na2S2O4 OH O Schéma 13.4 – Réaction de Willgerodt Ar CO.720 Chimie organique 13.44 . et le sel d’ammonium de l’acide correspondant. PhCH2CH2CH2CONH2.(CH2)n-CH3 (NH4)2Sx Ar-CH2-(CH2)n-CONH2 + Ar-CH2-(CH2)n-COONH4 Schéma 13. PhCOCH2CH2CH3. Ph-CO-(CH2)2-CH3 S. forme le 4-phénylbutyramide. c’est le thioamide qui est obtenu à la place de l’amide. L’acétophénone.42). Par une hydrolyse acide.44). Que la chaîne carbonée alkyle soit petite ou grande. PhCOCH3. Lorsque la chaîne alkyle s’allonge. PhCH2COONH4.7. consiste à chauffer une aryl alkylcétone avec du polysulfure d’ammonium (NH4)2Sx. et de phénylacétate d’ammonium. 2-diméthyl-naphthalène Schéma 13.4-tétrahydro-naphtalène B est converti en 1.45 Le 1.45 où le composé B est oxydé en 1.6-dicyanobenzoquinone elles sont capables d’oxyder des molécules comme celle présentée dans l’exemple du schéma 13. pour créer une première double liaison dans le composé E. mais le carbocation intermédiaire F subit une transposition d’un groupe méthyle (composé G) avant de perdre un proton ce qui crée la seconde double liaison. puis un proton. avec réduction de la quinone en hydroquinone. Un second équivalent effectue les mêmes étapes.1-diméthyl-1.721 13.6-dicyanobenzoquinone. . ou la 2. La quinone est alors réduite en hydroquinone D.2-diméthyl-naphtalène par oxydation par deux équivalents de benzoquinone A. Cette quinone extrait d’abord un ion hydrure avec formation d’un carbocation C.3-dichloro-5.2-diméthyl-naphtalène tandis que la benzoquinone est réduite en hydrobenzoquinone: Me Me Me Me + H Cl Cl Me H H H H O B O NC A Me transposition du groupe méthyle + OH NC CN Cl Me H H + HO Cl NC E OH D CN Me Me H G O CN Me H Me Cl C idem F Cl Me -H 1.2.3-dichloro-5.3. Cl Cl Cl O O O Cl Cl O NC Cl chloranile CN 2. Les réactions de réduction Lorsque les quinones sont substituées par des groupes électrodonneurs comme le chloranile. 47 O H . Un proton est apporté par l’éthanol avec formation d’alcoolate.46 La plus ancienne méthode connue.(premier alcool formé R’OH après addition d’un proton) et libère un aldéhyde (E).47.R'O R A e Na B R'O C H O H C R'O H O H EtOH C O H .1 – Réduction en deux alcools RCOOR' Na. C O Na .722 Chimie organique 13. est celle de Bouveault et Blanc (1903). L’attaque de cet ion sur D conduit à l’élimination de l’anion alcoolate R’O. Le mécanisme proposé est celui déjà rencontré avec les métaux. le mécanisme qui a prévalu pour l’ester se renouvelle avec passage par un nouveau cétyle. forme le second alcool RCH2OH (schéma 13. A). en présence d’un proton du milieu. ce qui conduit à un radicalanion cétyle (schéma 13.9. EtOH RCH2OH + R'OH puis H Schéma 13. et conduit à un anion alcoolate qui. maintenant peu utilisée.46).EtOH R R E e D R OEt C Na H C R R'O R'O R'O O EtOH H C O R H Na .48).Na H H C O C H H R O R e H H H C R Schéma 13. dans un alcool : le sodium additionne un électron au carbone du groupe carbonyle de l’ester. dits solubles. -EtO R C O . RCOOR’.9 Esters 13. En présence du sodium du milieu.Na R e C EtOH O . Elle consiste à traiter les carboxylates aliphatiques par le sodium dans l’alcool éthylique (ou butylique) (schéma 13.Na. Un proton est apporté par l’éthanol : le radical (B) qui en résulte additionne un second électron au carbone radicalaire ce qui le transforme en carbanion (C). BH3-SMe2. par exemple. lorsque l’ester dérive d’un acide de masse élevée. Le platine et le palladium ne catalysent pas cette hydrogénation (voir le schéma 13. Les esters d’acides α-aminés sont réduits en α-amino-aldéhydes par l’amalgame de sodium. le DIBALH. La double liaison des esters insaturés non conjugués n’est pas affectée.723 13. dans le THF au reflux. dans l’éthanol à 20 °C .49 CH NH2 .3c) par dimérisation de l’entité cétyle. CHO COOEt CH NH2 Na-Hg. Na/Hg. (MeOCH2CH2)2O. La meilleure méthode est l’emploi des hydrures et plus particulièrement AlLiH4.1). R'O R'O R C O R C O .4. le triéthylborohydrure de lithium. 13. La réduction par hydrogénation catalytique en série aromatique des esters sous haute pression et par chauffage en présence de chromite de cuivre fournit aussi deux alcools.9.R'O R H C O H H R H C O H H H H R-CH2-OH R'OH Schéma 13. Les réactions de réduction Les esters d’acides aromatiques sont difficilement réduits. Une modification (de Hansley) consiste à utiliser des quantités équimolaires d’alcool secondaire et de sodium dans un solvant non polaire : la réduction est alors facilitée.47) dans de très rares cas. Par contre. ce qui permet de réduire une fonction aldéhyde dans un composé possèdant à la fois une fonction ester et une fonction aldéhyde (chimiosélectivité).48 Le borohydrure de sodium réagit très lentement avec les esters et plus rapidement avec les aldéhydes. dans lequel NaBH4 est soluble. Cette réaction effectuée sans alcool fournit des acyloïnes ou α-hydroxycétones (§ 13. en milieu acide (réaction de Akabori) (schéma 13.49).2 – Réduction en aldéhydes La réduction de Bouveault et Blanc décrite au paragraphe précédent peut s’arrêter à la formation d’un aldéhyde (E du schéma 13. HCl C2H5OH Schéma 13. (Et)3BHLi. l’addition de chlorure d’aluminium ou de chlorure de lithium à cet hydrure le rend plus actif si la réaction est faite dans un solvant comme le diglyme (ou diéthylène glycol diméthyléther). il est difficile de réduire les esters carboxyliques en aldéhydes.50 Il existe un moyen de préparer des aldéhydes à partir d’esters : l’ester est d’abord converti en hydrazide par l’hydrate d’hydrazine. dans le THF. L’hydrazide est ensuite traité par le chlorure de benzènesulfonyle.724 Chimie organique Généralement. ou avec le DIBAL à –70 °C. et les esters d’acides aliphatiques ne possèdant pas de CαH. O Ar C NH2NH2. Le composé ainsi formé est chauffé dans l’éthylèneglycol en présence d’un carbonate alcalin à 150–160 °C (méthode de Mac Fadyen-Stevens.51 NH-NH-SO2Ar' O Ar C H . 1936) (schéma 13. 150-160°C HOCH2CH2OH Schéma 13. toutefois.50). Cette réaction n’est possible qu’avec les esters d’acides aromatiques non substitués en positions ortho et para par des groupes électroattracteurs. HN O + + O H OR AliBu2 en compétition avec l'ester s'il reste du DIBAL + ROAliBu2 H O Schéma 13. R C O H-AliBu2 C OEt O R C R . en effectuant les réactions à basses températures avec AlLiH4 dans la diéthylamine vers –50 °C.51). THF . H2O O Ar OR Ar'SO2Cl O Ar C NH-NH2 O Ar C C NH-NH-SO2Ar' CO3Na2.70°C OEt R Et AlLiH4. la réaction est possible (schéma 1 3.50°C C C AliBu2 OEt O O H R O O Et ou DIBAL. R'O BF3-Et2O C O AlLiH4 R R'O CH2 R R'= alkyl secondaire ou tertiaire Schéma 13.3 – Réduction en éthers La réaction la plus classique utilise le trifluorure de bore-éthèrate et AlLiH4.9. donnent lieu à une réaction bimoléculaire qui produit des acyloïnes ou α-hydroxy cétones (schéma 13. Si l’ester est de formule RCOOR’. Le composé intermédiaire E n’est pas isolable. Un électron du sodium d’additionne sur le carbone du groupe carbonyle pour conduire à un radical-anion A. . la réaction s’oriente vers la formation de deux alcools. Le même processus s’effectue sur le second groupe carbonyle (composé D) avec couplage interne des radicaux et formation d’une double liaison ce qui conduit au composé E.4 – Condensation en acyloïnes Les esters aliphatiques chauffés en présence de sodium dans l’éther. R’ doit être secondaire ou tertiaire (schéma 13. dans le toluène ou le xylène pour les autres. 13. un nouvel électron du sodium est additionné sur le carbone d’un groupe carbonyle conduisant à un nouveau radical-anion C.53). L’acyloïne est obtenue en traitant ce composé par l’eau. ajouté au milieu.52).9. En présence du sodium. Les réactions de réduction 13. Si R’ est primaire. Le traitement par le triméthylchlorosilane.52 Les lactones (esters cycliques) sont réduites par ces méthodes en éthers cycliques. ou le benzène pour ceux de faibles masses moléculaires. On peut remplacer cet hydrure par NaBH4. dans le diglyme. permet de l’isoler et de le transformer par une hydrolyse acide en acyloïne.725 13. Leur couplage fournit le dianion B qui élimine deux anions alcoolates pour former une molécule d’α-dicétone. mais une meilleure méthode nécessite le passage par une thiolactone. Dans la mesure où la réaction est effectuée en présence de triméthylchlorosilane.54 .2) et la formation d’acyloïnes cycliques.726 Chimie organique R'O R'O Na C O 1) . ou 5 carbones. et seule. la réaction de Dieckmann n’a pas lieu.2 R'O R C C O H O H R C C R Me3Si O O SiMe3 H 2O H R 2 H2 O .4.Na O H C .Na R e O O C R R A e R C x2 C Na R e R C . la réaction de Dieckmann (§ 10.Na O C O R OR' OR' C C O O Na R C C R C R acyloïne 2) R C C O O R R O O O O D 2 H2 O R R C C O O R E .53 Lorsque deux fonctions esters sont éloignées de 3. deux réactions peuvent avoir lieu.2 HO OH O 2 Me3SiCl C B C R R C . 4.2 HO R H C C R OH O composé isolable E Schéma 13. C6H6 COOEt Me3SiCl H 2O O OSiMe3 COOEt O COOEt Dieckmann OH COOEt condensation en acyloïne O Schéma 13.54). l’acyloïne cyclique est obtenue (schéma 13. OH OSiMe3 COOEt Na. Les réactions de réduction 13. et parfois dans le THF. O R C Li.2 – Réduction en alcools O R C OH AlLiH4. Le borane dans le THF conduit aussi aux alcools.10 Acides 13. 13. Ti2O3 (schéma 13.56 La transformation des acides aromatiques en esters. O R C OH HCOOH.10.56). aromatiques et β. les alcools correspondants sont obtenus.1 – Réduction en aldéhydes L’action du lithium dans la méthylamine fournit avec les acides carboxyliques de faibles masses. libère l’aldéhyde (schéma 13. . qui. En présence de chlorure d’aluminium dans le diglyme. ne permet pas cette réduction.9. afin d’effectuer la réaction de Mac Fadyen-Stevens (§ 13.57 Les acides sont réduits en alcools à 25 °C par AlLiH4 dans le diéthyléther.2). est une autre solution pour obtenir des aldéhydes.727 13. Ru/C R CH2OH Schéma 13.10. seul. Avec les autres acides. une imine. elle devient possible. L’emploi de NaBH4. par hydrolyse. H CH R O + NH2-CH3 Schéma 13. pression.57).diéthyléther ou H2.γ–insaturés sont aussi réduits par l’acide formique à 300–350 °C (il se décompose en hydrogène et anhydride carbonique).55 Les acides aliphatiques. CH3NH2 R OH C H N CH3 H2O. 300°C MnO2 O R C H Schéma 13. ou par l’hydrogénation catalytique en présence de ruthénium / carbone (schéma 13.55). en présence d’un oxydant comme le bioxyde de manganèse ou le trioxyde de titane. soit par hydrogénation catalytique en présence de platine.58).3 – Réduction en alcanes O R IH. O C O C O anhydride phtalique CH2 H2-Pt ou Zn-HOAc O O 3H-isobenzofuran-1-one lactone Schéma 13.60). soit enfin par action du zinc dans l’acide acétique (schéma 13. Les anhydrides cycliques aromatiques comme l’anhydride phtalique sont réduits en lactones. pression. ou l’hydrogénation sous haute pression en présence de nickel de Raney réduit les acides aliphatiques en alcanes (schéma 13. soit par NaBH4. Ni Raney C OH Schéma 13.59 Un alcool primaire et un acide peuvent être obtenus par une lente addition de méthanol à l’anhydride en présence de NaBH4 dans le THF. RCO O AlLiH4 2 RCH2OH RCO H O O H H CH2OH AlLiH4 THF CH2OH H O Schéma 13.59).58 Le chauffage des acides carboxyliques avec de l’acide iodhydrique et du phosphore rouge sous pression.60 . P rouge R CH3 H2.10.728 Chimie organique 13. 13.11 Anhydrides d’acides Les anhydrides d’acides cycliques et acycliques sont réduits par AlLiH4 en deux alcools (schéma 13. La réaction de Reissert (1905) permet une réduction quantitative des chlorures d’acides RCOCl. O R C Cl AlLiH4 R CH2 OH O AlLiH(t-BuO)3 R ou H2. soit par NaBH4 (schéma 13.61 L’hydrogénation catalytique en présence de Pd/BaSO4. en présence d’acide sulfurique. Les groupes réductibles comme COOEt.62). Un poison catalytique comme la tétraméthylthiourée. CN ne sont pas réduits.729 13. qu’ils soient aliphatiques ou aromatiques : le chlorure d’acide réagit avec la quinoléine en présence d’acide cyanhydrique ou de cyanure de potassium.KCl N OH2 + CH O H H CN N R C OH H2O. Pd/ BaSO4 C H (CH3)2NCSN(CH3)2 Schéma 13. permet de réduire les chlorures d’acides en aldéhydes correspondants (réaction de Rosenmund-Saïtzev. NO2. l’isocyanate de phényle ou la thiourée est ajouté au milieu pour éviter une réduction du groupe aldéhyde en groupe méthyle. 1918).62 OH . On obtient une N-acyl-2-cyano-1. RCOCl CN. Ni ou Pt.12 Chlorures d’acides Les chlorures d’acides sont réduits facilement en alcools soit par AlLiH4. Si l’hydrure de tri-t-butoxyaluminium lithium à – 78 °C dans le diglyme est utilisé. c’est un aldéhyde qui est obtenu. Pd/CaCO3. H N COOH N CN CH R H R C + H2 O +H O Schéma 13. Pd/C. à chaud (80 à 180 °C). additionne un proton (schéma 13.61).2-dihydroquinoléine (composé de Reissert) qui. K N quinoléine R N C Cl CN CN N COR COR H2SO4 NH CN C O R O composé de Reissert R . Les réactions de réduction 13. RCO-N=NH.2). et les chlorures d’acides aliphatiques ne possèdant pas de CαH. sauf en présence de trichlorure d’aluminium dans le diglyme. chauffée en présence d’un carbonate alcalin dans l’éthylène glycol. Comme pour les esters. permet aussi de réduire les chlorures d’acides en aldéhydes. est décomposée en aldéhyde.64 Une autre méthode de réduction des chlorures d’acides consiste à les transformer d’abord en amides tertiaires par réaction avec une amine secondaire puis à les réduire par AlLiH4 ou le DIBAL. .HCl H2N-NH-SO2Ph R-COCl + O R C N N H H SO2Ph base R-CO-HN-NH-SO2Ph O R C N N H + BH + PhSO2 D B H R + N2 C O Schéma 13. azote. cette réaction n’est possible qu’avec les chlorures d’acides aromatiques non substitués en positions ortho et para par des groupes électroattracteurs.63). et acide quinoléine-2carboxylique (-CN est hydrolysé en -COOH).HCl R1 R-CO N R2 AlLiH4 R1 H R + HN C O R2 Schéma 13.8. L’utilisation de AlLiH4 permet d’obtenir les amines correspondantes (schéma 13. déjà présentée pour la réduction des esters en aldéhydes (§ 13.13 Amides La fonction amide est assez résistante à la réduction par rapport à d’autres fonctions réductibles. qui.65). RCHO. 13. . Ainsi. et arylsulfonate (schéma 13.63 Les 1-acyl-2-arylsulfonylhydrazines peuvent provenir de l’attaque d’une acylhydrazine par le chlorure de benzènesulfonyle.730 Chimie organique Le composé ainsi obtenu est hydrolysé en aldéhyde. R1 R-COCl + HN R2 . L’intermédiaire dans cette réaction est un acyldiimide.64). NaBH4 ne réduit pas les amides. La réaction de Mac Fadyen-Stevens. L’arylsulfonylhydrazine réagit avec le chlorure d’acide pour former une 1-acyl-2-arylsulfonylhydrazine. parmi d’autres hydrures (schéma 13. 66). L’hydrure de diisobutylaluminium conduit uniquement à des aldéhydes.14 Ethers. entre autres. époxydes Les dialkyléthers sont difficilement réduits.O-Al R3 H R1 R1 N H2O. en particulier avec AlLiH4 (réactif soluble dans le diéthyléther. O C N R N R'NH2 N R-CO-NH-R' + HN N-acylimidazole Schéma 13.12) ou les N-acylimidazoles (composés capables d’acyler les amines. La réduction des seuls amides tertiaires en alcools est effectuée par le triéthylborohydrure de lithium (Et)3BHLi. Les aldéhydes (ou les alcools correspondants) sont obtenus si les amides sont est en excès par rapport au réactif.731 13. le tétrahydrofurane. comme les chlorures d’acides) (schéma 13.66 Le borane dans le THF réduit aussi les amides en amines.N-disubstitués. Les acétals et cétals sont aussi très résistants à AlLiH4 ce qui permet de les utiliser comme bons groupes protecteurs des aldéhydes et cétones lorsqu’une réduction doit être effectuée sur une autre fonction contenue dans la molécule. . 13. H C R2 R1 H N H H amine H O C R3 H Schéma 13. et dans un éther cyclique. Il s’agit d’amides dont l’azote appartient à un cycle à fort caractère électroattracteur comme dans les composés de Reissert (§ 13. Certains amides sont facilement réduits : ce sont des exceptions. THF).65 Avec les amides N. Les réactions de réduction R2 R2 R1 N R3 C O AlLiH4 C O R2 R1 N Al C R3 H H ion iminium R2 R1 R2 N R3 H excès d'amide/AlLiH4 N AlLiH4 C R3 . C’est la raison pour laquelle on les utilise comme solvants dans de nombreuses réductions. des aldéhydes ou des alcools peuvent être formés. Par contre. AlHCl2. 3 AlLiH4 + AlCl3 H H H H Al O 3 LiCl H H Al O R + 4 AlH3 R CH C C O O R O R R + AlH2OR Schéma 13. L’ion hydrure attaque le carbone du cycle le moins encombré lorsque l’époxyde n’est pas symétrique. . avec le diborane ou l’hydrure d’aluminium. composé électrophile.67 En raison de la forte tension de cycle qui existe dans les époxydes ou oxiranes. ou l’hydrure de dichloroaluminium. l’addition a lieu sur l’oxygène et la réaction s’inverse produisant l’alcool le moins substitué. selon une réaction SN2.68). Il en résulte un alcool (schéma 13. AlH3. permet de les réduire en partie : l’un des deux groupes OR forme un alcool (schéma 13. parmi d’autres agents réducteurs. donc avec inversion de configuration relative de ce carbone. L’action du triéthylsilane et du borane conduit à une réduction totale de l’époxyde. le mélange de AlLiH4 et de chlorure d’aluminium (équivalent à l’alane ou hydrure d’aluminium. leur ouverture est facile en présence d’un réactif nucléophile comme AlLiH4 et LiBH(Et)3.67). qui sont des hydrures électrophiles. qui sont des éthers cycliques. O C R1 OH C 1) AlLiH4 D R3 R2 2)H R1 R2 D C R3 C H H O R1 R1 C R2 C H Et3SiH-BH3 R3 CH CH2 R3 R2 Schéma 13.68 Note : cela est vrai avec les agents réducteurs nucléophiles. acide de Lewis).732 Chimie organique Par contre. Leurs choix est orienté en fonction des groupes fonctionnels présents dans la molécule et de la nature de l’halogénure.2 avec le DIBAL.3 B MeO Schéma 13. Pd ou Ni RH + HX Schéma 13. COOH. soit un diol-1.70 De nombreux hydrures peuvent réduire les halogénures.70). il est préférable de le remplacer par NaBH4 dans un solvant dipolaire aprotique en raison de la plus faible réactivité de ce dernier. Par contre. . iBu iBu Al O O DIBAL HO OH H HO H H H R O H H R A diol-1.69.3 avec le Red-Al. Les réactions de réduction La réaction de Sharpless (1980) (§ 12. les chlorures et bromures d’alkyles tertiaires. on peut obtenir.1) permet l’accès à des époxyalcools énantiomériquement purs. tosylates et sulfures L’hydrogénation catalytique en présence de nickel de Raney réduit en alcanes correspondants les iodures d’alkyles primaires. mais s’ils comportent d’autres groupes réductibles comme CN. secondaires et tertiaires. COOR.69 13. L’hydrogénation en présence de palladium fournit le benzène à partir des halogénures benzèniques (schéma 13. ce qui correspond à deux mécanimes (A) et (B) représentés dans le schéma 13. Parmi les plus classiques.4. les chlorures et bromures d’alkyles primaires et secondaires ne sont pas réduits.2 MeO R époxyalcool Red-Al H HO O O O HO Al H H R O H R diol-1. AlLiH4 est le plus utilisé.15 Halogénures. Suivant l’agent réducteur employé. soit un diol 1. (NaAlH2(OCH2CH2OCH3)2). RX H2.733 13. car il réagit sur tous les types d’halogénures. plus faible nucléophile.12.72). tandis que NaBH4. LiAlH(OMe)3. LiEt3BH.734 Chimie organique R H X AlLiH4. Il n’agit pas sur les halogénures d’aryles. en présence du borane libéré par la réaction. Dans certains cas.6-diméthyloctane racémique. réagit selon SN2. l’hydrure de lithium triméthoxyaluminium. Les métaux alcalins.7-diméthyloctane hydroboration H 3C CH3 CH (CH2)3 C H3C C2H5 H n-C4H9-COOH H3C CH (CH2)2 CH H3C CH3 CH C2H5 BH2 (d. un puissant nucléophile qui effectue des réactions SN2 réagit très rapidement sur les halogénures primaires.l)-3. lorsque le (R)-3-chloro-3. CuI : il réduit tous les halogénures indiqués ci-dessus mais aussi les halogénures d’alkyles tertiaires.72 Le triéthylborohydrure de lithium. et d’aryles. il se forme un mélange d’alcènes isomères qui. Le résultat de ce mécanisme est équivalent à celui d’une réaction SN1 (schéma 13.7-diméthyl-octane réagit avec NaBH4 dans le DMSO (à 100 °C). sodium ou lithium en présence de t-butanol dans le THF sont capables de remplacer par des hydrogènes tous les halogènes des composés polyhalogénés.71) et parfois par un mécanisme SET (§ 6. Les halogénures d’alkyles tertiaires subissent une élimination.7). secondaires (mais pas tertiaires). donnent aussi de bons résultats avec la plupart des halogénures. la réaction avec NaBH4 peut s’effectuer par une éliminationhydroboration.7-diméthyloctane Schéma 13. CH3 CH3 H3C NaBH4 + BH3 + H2 + NaCl CH (CH2)3 C C2H5 CH (CH2)2 CH C (R) C H CH -SO-CH H 3C 2 5 3 3 H3C + autres isomères Cl H3C (R)-3-chloro-3. en présence de chlorure d’aluminium. allyliques. est mis en réaction sous forme de complexe avec l’iodure cuivreux. D’autres systèmes réducteurs comme le zinc en milieu acide ou le triéthylsilane. sont transformés en alkylboranes : l’action d’un acide conduit au 3.71 La différence de réactivité entre ces deux hydrures a pour conséquence une variante dans leurs mécanismes de substitution par l’ion hydrure : AlLiH4 réagit presque toujours selon le mécanisme SN2 (schéma 13. Par exemple. et de néopentyle ((CH3)3C-CH2X. Très proche dans sa réactivité de l’hydrure précédent. . diéthyléther SN2 H R + X inversion de Walden Schéma 13. mais parfois selon SN1 si les conditions expérimentales le permettent (par exemple dans le diglyme à 80 % dans l’eau). benzyliques. Il s’agit ensuite d’une réduction par un métal « soluble » dont le mécanisme est proche de ceux déjà indiqués (schéma 13.73 Les réactifs indiqués précédemment agissent sur les iodures. [Mg+] fournit un nouvel électron. a été décapée par action de l’iode ou du 1. Li e Li + naphtalène MgCl2 + 2 Mg + R e X naphtyllithium Mg + 2 LiCl Li Mg + R X Mg e + + 2 R X R Mg X (copeaux ou Mg de Rieke) Schéma 13. schéma 13. (CH3)3SiCl) et de composés organolithiés à partir de lithium fraîchement filé dans un solvant inerte. bromures et chlorures. fournit un électron à l’halogénure.735 13. La lithiation réductrice des sulfures d’alkylphényles (1.75) a lieu en phase homogène. Zn) est aussi une réduction. à la surface du copeau. Les réactions de réduction La réduction des halogénures d’alkyles et d’aryles est aussi le résultat de l’action du magnésium et de l’isopropanol (schéma 13. R-Zn-X (après décapage de la poudre de zinc par le triméthylchlorosilane. RX + Mg RMgX Me2CHOH RH + Me2CHOMgX Schéma 13. un sulfure R-S-R’ est ajouté lentement en solution au .74). RX.2-dibromoéthane. Des mécanismes identiques permettent la formation d’organozinciques. La formation de composés organométalliques à partir d’un halogénure et d’un métal (Li. Dans ce cas. On peut aussi préparer le métal à l’état natif par réduction d’une solution d’un sel sous atmosphère inerte : c’est le cas du magnésium de Rieke obtenu à partir de chlorure de magnésium par action de naphtyllithium (ou naphtalène-lithium). Les organomagnésiens sont préparés à partir de copeaux de magnésium dont la surface. il devient alors Mg2+ en s’intégrant dans la molécule d’organomagnésien R-Mg-X dont les liaisons sont covalentes. souvent oxydée par l’air. ce qui crée un radical-anion avec affaiblissement de la liaison R-X qui se rompt pour former un radical R• et un ion X-.74 Le magnésium. Mg.73). De nouveau. mais on observe l’inverse dans le diglyme.2 tBu tBu Schéma 13.76) se fait via un composé nitrosé. L’entité formée (B) additionne un nouvel électron du métal. RNHOH.736 Chimie organique naphtyllithium produit in situ par addition de lithium au naphtalène. ce qui conduit à un dérivé lithié R-Li. et l’anion résultant (C) élimine un anion hydroxyle pour former le dérivé nitrosé. Avec les tosylates.16 Dérivés nitrés La réduction des dérivés nitrés R-NO2 représente une méthode de synthèse importante des amines primaires R-NH2. l’hydrogénation catalytique. des résultats semblables aux réductions des halogénures sont observés avec AlLiH4 et NaBH4 (dans un solvant dipolaire aprotique). RN=O. puis un proton est ensuite additionné. Lorsqu’un dérivé nitré est réduit par un métal (Zn. comme l’acide acétique avec Fe. Il débute par l’apport d’un électron du métal à l’azote du groupe nitro (A). ou le transfert d’hydrogène d’un composé donneur. un électron est cédé par le métal. L’addition d’un proton fournit un radical (E) qui est transformé en un anion amidure (F) par l’apport d’un nouvel électron. sur les halogénures (iodures et bromures) et. 13. sur les tosylates d’alkyles : la réaction est très rapide dans le diéthyléther pour les tosylates et lente pour les halogénures. ce qui permet une chimiosélectivité de la réduction en fonction du solvant. si la molécule contient des halogènes et des groupes tosylates. Fe) en présence d’un acide. et une hydroxylamine.75 Il existe aussi une lithiation réductrice des chlorures d’alkyles (2) qui s’effectue via le di-t-butylbiphényllithium formé à partir de poudre de lithium et de di-t-butylbiphényle. Sn. ce qui conduit à un radical-anion (D). le mécanisme admis (schéma 13. H Me C C S-Ph + 1) Me H Me C Me C C Li + Li Li Me Me C S-Ph Me Me +2 2) Li e OH + tBu tBu tBu tBu Li di-tBu-biphényle nBuLi Cl . On peut utiliser plusieurs méthodes : l’action d’un métal en milieu acide.nBuH O Li 2 tBu tBu Li O Li Li + LiCl Cl . particulièrement en série aromatique. . Il est intéressant de remarquer la différence de réactivité de AlLiH4 d’une part. celle d’un hydrure. d’autre part. Sa protonation conduit à l’hydroxylamine. toutefois un mécanisme de même nature que celui du retrait du groupe hydroxyle des alcools benzyliques (schéma 13. qui résulterait de la réaction du nitrosobenzène sur l’aniline (schéma 13. Ph-N=N-Ph. .19) est probable. H NH2 R R= alkyl ou aryl O R O N R N O O R métal N O O R N O R e O H .77 Des dérivés azoxy parfois présents dans ces réactions de réduction pourraient aussi provenir de la réaction du composé nitrosé sur l’hydroxylamine (schéma 13. Par contre.77). NaOH H2O. Le zinc en présence de chlorure d’ammonium dans l’eau réduit le nitrobenzène en phénylhydroxylamine. MeOH (reflux) N-phénylhydroxylamine N N azobenzène Schéma 13. NO2 NHOH NO2 Zn. Les réactions de réduction R NO2 métal. NH4Cl Zn.737 13.HO O C R e O R métal R N B N composé nitrosé O H C R D N R N O R N O R N O hydroxylamine F E H H H H H e H O E H métal H O e N O métal O A N H N O O R H H métal R N H H sel d'amine Schéma 13. EtOH (reflux) H2O. le même métal dans la soude et le méthanol conduit à l’azobenzène.78).76 Le passage de l’hydroxylamine à l’amine (ou plus exactement à un sel d’amine en raison de la présence d’acide) n’est pas connu. ou >C=C<. Par exemple. réduit les nitroalcanes qui portent des groupes électroattracteurs.78 La réaction des hydrures sur les composés nitrés peut conduire à différents composés. 2H2O Ar-NH2 Schéma 13. en amines.HO N -H N N HO Ph H O Ph N Ph O Ph azoxybenzène Schéma 13. 2 H2O.81). 1842) (schéma 13.79). seul.79 Par contre. AlLiH4 réduit les dérivés nitrés aliphatiques en amines mais les composés azo sont le résultat de son action sur les dérivés nitrés aromatiques (schéma 13. CN. Ar-NO2 NaBH4. les rendements sont très élevés si l’arène est substitué par des groupes électroattracteurs tels que CO.80).80 De nombreux autres réactifs ont été utilisés pour cette réduction dont les sulfures et polysulfures (réaction de Zinine. SnCl2. R NO2 AlLiH4 R = Alkyl AlLiH4 R = Aryl R NH2 R N=N R Schéma 13. ou des chlorures de nickel ou de cobalt : dans ce cas. COOR.738 Chimie organique Ph N O H2N Ph Ph N Ph OH . SnCl2. Les nitroarènes ne sont réduits par ce réactif seulement en présence de chlorure d’étain hydraté. dans le DMSO. groupes qui ne sont pas réduits dans ces conditions (schéma 13. . NaBH4.H 2O N N N Ph H Ph azobenzène Ph Ph N O Ph H HO N Ph N OH N . DIBAL ou NaBH4 mise en réaction correspond à un équivalent d’hydrogène. Les réactions de réduction Ar NO2 (NH4)2S Ar NH2 Schéma 13. Ni NH2 R Schéma 13. Si un halogène est présent. ou le DIBAL.82). RC≡N.82 Le transfert d’hydrogènes du cyclohexène à un composé nitré s’effectue en présence de Pd/C à 10 % (schéma 13. RCH2NH2.84).17 Nitriles et imines Les nitriles.83). . NH2 NO2 Pd/C + + . Son hydrolyse conduit à un aldéhyde (schéma 13.739 13.81 L’hydrogénation catalytique des nitroalcanes et nitroarènes s’effectue le plus souvent en présence de nickel de Raney ou de palladium. dans l’acide acétique (schéma 13.85). par AlLiH4.84 13.83 Les composés nitrés aliphatiques ou aromatiques primaires sont réduits en nitriles par le trichlorure de phosphore dans la pyridine (schéma 13. R CH2 NO2 PCl3 pyridine R C N Schéma 13. Si la quantité d’hydrure AlLiH4. sont facilement réduits en amines primaires. il est éliminé. La même réaction peut être effectuée par NaBH4 dans l’éthanol en présence de nickel de Raney ou de chlorure de cobalt.2 H2O Schéma 13. R NO2 H2. c’est alors l’imine qui est uniquement formée. sous pression. NH 3 CH2 N R CH2 N C H R H2 H R CH2 H N CH2 R amine secondaire Schéma 13. R C N H2. en présence de nickel de Raney. Pour éviter ce problème. Ni.86). Ni R CH H2. les convertit en aldéhydes (schéma 13. AcOH dilué R CH O NaH2PO3 Schéma 13. la réaction est effectuée en présence d’anhydride acétique ce qui transforme l’amine dès sa formation en acétamide non réactif avec l’acétaldimine (schéma 13. R C N H2. Ni NH R CH2 NH2 si Ac2O présent R CH2 NH COCH3 H2 O réaction secondaire: HN R R CH2 NH2 + CH3COOH CH R H2N CH2 NH2 R CH R . ou dans un mélange acide acétique-pyridine. sous pression. plus particulièrement pour les nitriles aliphatiques.86 L’hydrogénation des nitriles à 25 °C.740 Chimie organique R C AlLiH4 N R CH NH AlLiH4 R CH2 NH2 aldimine (complexé avec AlLiH4) H2O RCHO + NH3 Schéma 13. qui devient par oxydation un phosphate).85 L’hydrogénation catalytique. en présence de nickel de Raney et d’hypophosphite de sodium (NaH2PO2. L’addition au milieu d’acétate de sodium augmente la vitesse de l’hydrogénation. est accompagnée d’une réaction secondaire : l’amine primaire formée réagit avec l’aldimine (intermédiaire dans l’hydrogénation) pour former une amine secondaire. dans l’acide acétique dilué. (1925) qui consiste à traiter d’abord les nitriles aromatiques (y compris hétérocycliques) ou .87).87 Cette réduction en aldéhyde peut résulter de la réaction de Stephen. ∆ R CH O + NH4OH. le reste de la réaction est identique à celle de Stephen (réaction de Sonn-Müller. composé solide jaune.présent dans les imines >C=N-CH2R et les hydrazones >C=N-NHR formés à partir de cétones ou d’aldéhydes par réactions. qui résultent d’une addition de HCl sur le groupe nitrile -C≡N. avec des amines primaires ou des hydrazines monosubstituées. qui précipite. ∆ OH Ar' CH O PCl5 . puis de la formation du sel de l’imine précédemment produite. BH 3. Na-alcool ou par hydrogénation catalytique. NaBH4. Ar NH2 + Ar'-COCl Ar-N=C-Ar' Ar-NH-C-Ar' O Ar-N=C-Ar' Cl 1) SnCl2 2) H2O. en groupe >CH-NH.SnCl4 chlorhydrate d'iminochlorure H2O. respectivement. Ce n’est pas applicable à des imines aliphatiques.HCl Ar-N=C-Ar' Cl + SnCl4 + Ar NH2 Schéma 13. L’hydrolyse de ce composé libère l’aldéhyde (schéma 13. HCl R Cl C H NH. . Le zinc et l’acide acétique. peut être réduit. par le chlorure d’hydrogène ce qui les transforme en des chlorhydrates d’iminochlorures. y compris sous forme de sel. R C HCl N R C HCl NH R Cl C SnCl2 NH.741 13.89). RC(Cl)=NH2+. Le composé ainsi formé est ensuite réduit par le chlorure d’étain en imine qui est immédiatement complexée par SnCl4. Les réactions de réduction aliphatiques d’au moins six carbones.1919).88). trop instables. Ces complexes peuvent aussi permettre la préparation directe d’acétals par réaction avec un alcool. SnCl4 complexe solide EtOH OEt R CH OEt Schéma 13.88 Des iminochlorures peuvent aussi être préparés par action du pentachlorure de phosphore sur des amides ArCONHAr (schéma 13. Cl-.89 Le groupe imino >C=N. ou l’hydrogénation catalytique réduisent les oximes >C=N-OH en amines >CH-NH2. HCl Cl iminochlorure R C NH.par AlLiH4. 90) en présence de Pd/C (faible pression. 25 °C) et par un nombre important de réactifs. par action du sodium dans l’ammoniac ou dans les alcools comme l’alcool butylique. oxydes d’amines et composés azoxy Les azides R-N3 sont formés le plus souvent par une substitution nucléophile (S N2) d’un halogénure par un azidure (ou azoture) alcalin. qui correspond à une réduction du thioéther. NaN3 (sel de l’acide azothydrique HN3. Ca ou Mg dans le méthanol.91 13. acides sulfoniques.90 Les oxydes d’amines et les composés azoxy sont réduits en amines et composés azo par la triphénylphosphine (schéma 13. La plupart des halogénures utilisés dans ce cas sont de structure benzylique.92). La déprotection du thiol. PPh3 N O N Ph N . dans le cas du dérivé p-nitré par hydrogénation en présence de nickel de Raney. mais nécessite parfois l’action de l’acide trifluoroacétique.O=PPh3 N Ph O oxyde d'amine azoxybenzène NO2 PPh3 Ph N N Ph . ou PPh 3 (réaction de Staudinger). si le groupe phényle est substitué en position para par un groupe électrodonneur comme le groupe méthoxy (schéma 13.O=PPh3 azobenzène NO2 PCl3 ou N H2. N3 R -X SN2 X ion azidure H2.742 Chimie organique 13. composé très toxique). Les azides sont réduits très facilement en amines primaires par hydrogénation catalytique (schéma 13. sulfones. L’oxyde de pyiridine est réduit en pyridine par le trichlorure de phosphore et. sulfoxydes.91). parmi lesquels figurent NaBH4. Ni N O N-oxyde de p-nitropyridine Schéma 13. disulfures.19 Thioéthers. s’effectue dans les cas les plus simples. Les thioéthers sont très souvent utilisés comme protection des groupes thiols. . Pd/C R N3 R ou AlLiH4 azide NH2 Schéma 13. chlorures de sulfonyle La préparation des thioéthers résulte de l’action d’un halogénure sur un thiol en milieu alcalin ou dans l’ammoniac. LiAlH4. par exemple.18 Azides. EtOH R S-CH2- S-CH2-Ph R Na. la triphénylphosphine. HCl dilué 2 R SH Schéma 13.93 Le soufre réduit aussi bien les sulfoxydes. en thioéthers. L’hydrate d’hydrazine ou les hydrazines monosubstituées permettent aussi cette réaction au même titre que AlLiH4. comme l’oxydation des thiols R-SH en disulfures (§ 12.743 13. Les acides sulfoniques sont réduits en thiols par le mélange d’iode et de triphénylphosphine (schéma 13. mais la réaction est difficile sur le plan expérimental car le soufre résiduel est difficile à séparer des produits finaux (schéma 13.95). R S S R Zn. Cette réaction peut avoir lieu par simple chauffage du disulfure dans la soude mais aussi par action du zinc dans un acide dilué (schéma 13. R S O NaBH4-FeCl3 R S R' R S R' R' sulfoxyde O R S R' DIBALH O sulfone Schéma 13.94 Les sulfoxydes sont facilement réduits en thioéthers correspondants par de nombreux réactifs parmi lesquels on peut citer. La réduction peut aussi être effectuée par hydrogénation catalytique en présence de Pd/C. Les réactions de réduction R SH ClCH2Ph NaOH. en produisant de l’anhydride sulfureux. R-S-R’. Ph3P.93). Les sulfones. NH3 SH + CH3-Ph R thioéther OCH3 F3C-COOH R SH + CH3- OCH3 Schéma 13. . R-S(O2)-R’. par AlLiH4. R-SO-R’.94). et pour quelques rares cas.13).92 La réduction des disulfures R-S-S-R est particulièrement facile. très résistantes à la réduction ne sont réduites en thioéthers que par l’action du DIBAL (hydrure de diisobutylaluminium). NaBH4-FeCl3. SO2. que les sulfones. l’acide iodhydrique. AcOH R SH chlorure d'arylsulfonyle Schéma 13.95 Les chlorures de sulfonyles. La réduction des chlorures de benzènesulfonyles est réalisée par le zinc dans l’acide acétique. sous l’action de AlLiH4 forment des thiols. .744 Chimie organique R SO3H I2-Ph3P R SH acide sulfonique R SO2Cl AlLiH4 R SH chlorure de sulfonyle R SO2Cl Zn. .1g – Réarrangement conduisant à une homologation des aldéhydes et des cétones.... 14..1c – Réarrangement pinacolique et rétro-pinacolique (décrit au § 6...........4 – Réarrangement de Schmidt ... 756 14..........................................1a – Réarrangement de Wagner-Meerwein (décrit au § 6.....757 14............. de groupes alkyles ou aryles ................................3............ 14.2....... 758 14.................... 761 14................................1 – Avec migration d’hydrogène............................................................................ 14.... 747 14-2 Réarrangements de carbone à carbone ....2.............................. 761 ............................................1f – Le réarrangement de Wolff (homologation d’acides et de leurs dérivés) ..4a) ........3 – Réarrangement de Curtius ..11..3.......... 758 14........................................ 14..........4a) ...............................1 Généralités.......4...2.............................. 758 14..........4 Réarrangements de carbone à oxygène ...4..............3.................11.2.......2................2 – Réarrangement des hydroperoxydes........................Chapitre 14 Les réarrangements (ou transpositions) Sommaire 14................. 14.....3..................3 Réarrangements de carbone à azote ............... 749 749 749 749 750 753 755 14........................................... 761 14.... 14....................1b – Réarrangement de Demjanov (décrit au § 6....2 – Réarrangement de Lossen .........................................5 – Réarrangement de Beckmann . 758 14.............................................2....................... 758 14...................2..........2...2 – Réarrangement de Neber........11... 749 14...............1d – Réarrangement du benzile en acide benzilique..........................................2.............3....4a) ..1 – Réarrangement d’Hofmann .1e – Réarrangement de Favorskii.................1 – Réarrangement ou oxydation de Baeyer-Villiger . 749 14.................................. .......4 – Réarrangement de Smiles...............................................................6-triène et de l’hexa-2..6...7............................5 Autres réarrangements [1..............................2b – Réarrangement de Claisen..........................3 – Réarrangement de la benzidine ............................................8 Réarrangements sigmatropiques ..........2a – Réarrangement de Cope .9....................... 765 14......................................8............. 794 14....... non liante....8........... 769 14.....1 – Introduction ........... 789 14........................................................................3 – Réarrangement de Bamberger .............. 762 14...............................................746 Chimie organique 14....... liante...... 771 14....................................7.................................8.................... HOMO et LUMO ............6 Réarrangements par substitution nucléophile aromatique............6...8..4 – Réarrangement [2.......... 778 14................................... 769 14....... 765 14..............................9....................... 767 14...................3] des ylures allyliques d’azote ou de soufre....9.................................. 768 14.....5........ 781 14................ 778 14..........................7 Réarrangements électrocycliques ............ 791 14........... 791 14.....3 – Réarrangement de Wallach ... anti-liante............2 – Réarrangement de Chapman ....9 Autres réarrangements ..................8.....................762 14........................4-diène .............2] .1a – Orbitales atomiques (OA) ...................................1 – Réarrangement de Wittig ..................................2 – Réarrangement de von Richter ..................2 – Réarrangement de Stevens ............1 – Réarrangement de Sommelet-Hauser ........................................................ 774 14........................ 763 14............................4...3] de Wittig ..........1b – Orbitales moléculaires (OM)............ 785 14..... 770 14..7......................................................1 – Réarrangement d’Hofmann-Löffler-Freytag ........... 790 14...............................................................5 – Réarrangement [2..4 – Métathèse des oléfines .......2 – Réarrangements électrocycliques de l’octa-2........................ 782 14....... 766 14.....7............................6...................... 788 14.........1 – Migration d’hydrogène sur une chaîne polyènique conjuguée .....8..6................ 792 14...........9..............8.......5....... 794 ..........................................2 – Migration d’un carbone....... Il faut y ajouter quelques réarrangements particuliers qui n’appartiennent à aucune de ces grandes classes. H+. tel que R-. très fréquents. Toutefois. Les réarrangements (ou transpositions) 14. rares.4]. [1.1.2]. mais ils sont moins fréquents. – réarrangements radicalaires. Z Z A B A B Z B Z réarrangement A B intramoléculaire Z réarrangement intermoléculaire A B Z + A B A Schéma 14. comme les réarrangements électrocycliques qui ont un mécanisme péricyclique. Ces entités très réactives qui ont été présentées au chapitre 6 réagissent normalement avec des molécules présentes dans le milieu. . On dit qu’il est sigmatropique dans la mesure où ce sont des liaisons sigma « σ » qui sont affectées par ce processus. Il existe des réarrangements [1. Le groupe qui migre est électrophile. [1. le réarrangement intramoléculaire permet cette stabilisation.1). certains réarrangements impliquent un mécanisme intermoléculaire (schéma 14. la migration a lieu sur deux atomes adjacents.1 Le réarrangement intermoléculaire suppose que deux groupes ou atomes Z migrent simultanément d’un atome A d’une molécule Z-A-B vers l’atome B d’une seconde molécule en formant deux molécules A-B-Z en interchangeant les groupes Z. Les deux possibilités sont d’ailleurs compatibles. Le groupe qui migre est nucléophile. On distingue trois mécanismes principaux : – réarrangements nucléophiles ou anionotropiques. car il n’entraîne pas son doublet de liaison. car il n’entraîne qu’un seul électron de liaison. voire un carbène. Dans les exemples généraux présentés dans le schéma 14.7).2] nucléophiles est la stabilisation d’une entité réactive qui possède un sextet d’électrons. un carbocation ou un nitrène. Le groupe qui migre est un radical R• ou H•. – réarrangements électrophiles ou cationotropiques. il s’agit d’un réarrangement [1.5].…. [1.7]. très rares. H-. via un état de transition cyclique (§ 14. mais si cela n’est pas possible ou difficile pour des raisons thermodynamiques ou autres. car il entraîne dans sa migration le doublet de liaison. tel que R+.1 Généralités Un réarrangement (transposition ou déplacement) est une réaction par laquelle un atome ou un groupe Z se déplace d’un atome A vers un autre atome B d’une même molécule (Z-A-B devient A-B-Z) ce qui correspond a priori et dans la plupart des cas à un mécanisme intramoléculaire. La cause des réarrangements [1.747 14.3]. Z devient un carbanion qui. Dans ce cas. Ce qui suit est donc un complément. un ion carbonium ponté est un intermédiaire dont la formation est l’étape déterminante pour la vitesse de la réaction.2) où Z peut être un oxygène. mais encore très réactif. un halogène ou un carbone. Z n’est jamais libre et il conserve donc sa chiralité d’origine. le mécanisme de Whitmore (1939) permet de comprendre les résultats stéréochimiques observés. Les réarrangements sont classés selon la nature des atomes ou groupes d’atomes A. s’il est chiral : le réarrangement se fait avec rétention de configuration. Z Z A -Y A B Y Z B A B réactif produit nucléophile Z A B ion carbonium ponté Schéma 14. par l’établissement d’une mésomérie. Z est lié à B de la même façon qu’il l’était à A. En réagissant avec un réactif nucléophile du milieu. Par contre. Elle est assistée par les groupes environnants A et B (assistance dite anchimérique).de la molécule forme un carbocation. ou par la diminution d’une tension de cycle). perd sa chiralité d’origine avec racémisation. en se liant à un carbocation A+-B d’une seconde molécule. cas le plus général. B et Z. Si le nouveau carbocation présente une faible différence d’enthalpie libre avec l’original. le carbocation réarrangé fournit le produit de la réaction.2] ont été décrits au chapitre 6. . Si l’on considère la réaction générale suivante (schéma 14. Dans le cas d’un réarrangement nucléophile. une réversibilité existe. mais le réarrangement peut être favorisé par une réaction irréversible qui consomme le nouveau carbocation stabilisé.748 Chimie organique On peut en déduire que le réarrangement d’un carbocation ne se produit que si le nouveau carbocation est plus stable que le carbocation original (par l’acquisition d’effet(s) donneur(s) inductif(s) +I de nouveaux substituants. dans les réactions intermoléculaires. le retrait de Y. Si le réarrangement est intramoléculaire.2 De nombreux réarrangements [1. exemple 7) 14. cette dernière partie du mécanisme est remplacée par l’addition d’un proton. en présence de soude ou de potasse. de groupes alkyles ou aryles 14. est transformée irréversiblement en sel de l’acide benzilique.11. ce qui déclenche la migration du groupe phényle qui lui était lié vers l’autre carbone cétonique. Ph2C(OH)COOH.3 Ph HO OMe C C O ester méthylique de l'acide benzilique .2.3).2-diphényléthanedione) est une α-dicétone aromatique.1a – Réarrangement de Wagner-Meerwein (décrit au § 6.4a.4a.2.2. en esters correspondants de cet acide.4a.1c – Réarrangement pinacolique et rétro-pinacolique (décrit au § 6. exemple 5) 14. qui. Dans le cas le plus simple du benzile. la soude attaque l’un des deux carbones cétoniques (schéma 14.2. Les ions alcoolates comme EtO.1b – Réarrangement de Demjanov (décrit au § 6. exemple 6) 14.et i-PrO.1 – Avec migration d’hydrogène.ne peuvent pas être utilisés car ils réduisent le benzile en benzoïne. Dans le cas où la base est un ion méthylate. fournit le sel de l’acide benzilique.749 14. et en présence d’ions alcoolates (MeO.1d – Réarrangement du benzile en acide benzilique Le benzile (ou 1. Les réarrangements (ou transpositions) 14-2 Réarrangements de carbone à carbone 14.ou t-BuO-). Ph Ph Ph C C O O rapide C HO Ph Ph O OH C lent Ph C C Ph O O O Ph OH C O HO sel de l'acide benzilique benzile Ph MeO O C Ph Ph C OMe C O Ph C O O OMe C Ph H2O O Me OH Me O-CO-C(OH) C C O O Schéma 14.11.2. Ph-CH(OH)-CO-Ph.11. conduisant finalement à un ion alcoolate qui. Ph-CO-COPh. par échange de charge intra ou intermoléculaire. ce qui forme l’ester méthylique de l’acide benzilique. Si la cyclopropanone est symétrique. fournit une cyclopropanone. Les bases utilisables sont les hydroxydes alcalins.4). possèdant un CαH du côté non halogéné du groupe carbonyle. son ouverture peut avoir lieu de chaque côté du groupe carbonyle. Par contre. NH2. N(R3)2 X R1 -X R4 H R2 O C R4 R1 C O C R3 C R2 O R2 R4 C OR C C R4 Schéma 14.1e – Réarrangement de Favorskii Le réarrangement de Favorskii. Lorsque le groupe méthyle substitue l’un des deux groupes phényles. alkyl ou aryl R3. donc en fonction de la nature des substituants. les alcoolates et les amines. Le mécanisme reste incertain (schéma 14. en présence de la base est ouvert pour conduire à un nouveau carbanion. La réaction est applicable aux α-dicétones aliphatiques et aux α-céto aldéhydes. est soumise à l’action d’une base : elle est alors transformée en dérivés d’acides carboxyliques. son effet électrodonneur +I augmente la densité électronique du carbone du carbonyle le plus proche (comme pour le groupe méthoxy) et l’attaque de la base s’effectue totalement sur l’autre groupe carbonyle. par exemple méthoxy. X R1 R1 O C Y C R3 C R2 C C C H O C X R3 . R4 = alkyl. 14.750 Chimie organique Dans le cas où les deux groupes aryles avec un groupe phényle et l’autre substitué par un groupe électrodonneur +E. si elle ne l’est pas. cycle très tendu qui. L’attaque de la base se porte sur un hydrogène du CαH du côté opposé au carbone halogéné ce qui forme un carbanion qui. c’est le groupe phényle qui migre majoritairement.4 ROH R3 O CH R2 C OR C R4 R3 . RO. par une réaction de substitution nucléophile intramoléculaire SN2 de l’halogène. cycloalkyl Y = OH. il est vraisemblable qu’une cyclopropanone est un intermédiaire. l’ouverture du cycle se fait de telle sorte que le carbanion résultant soit le plus stable des deux envisageables. Br R1 et R2 = H.ROH R4 R1 O C C R2 R1 R3 C C R4 R2 R3 cyclopropanone R4 R1 R1 RO C R3 R2 -X C O C Y R3 R4 RO R1 C O R2 RO CH C X = Cl.2. Un proton du milieu s’additionne pour former le produit final. ou Favorski (1895) a lieu lorsqu’une α-halogéno cétone. Toutefois. 751 14.Br Me C CH2 Me MeO MeOH Me Me C CH3 OMe C C H CH2 Me C OMe CH3 Me (1) 2. le plus stable. Dans le cas de la 3-bromo-3-méthylbutanone.6). la 1-bromo-1-phénylpropanone.2-diméthylcyclopropanone comme intermédiaire avant la formation du carbanion le moins substitué.2-diméthylcyclopropanone Br O Ph CH2 CH2 C OMe Me C 3-phénylpropanoate de méthyle carbanion stabilisé par résonance OMe O CH2 H C MeO O Ph 2-phénylcyclopropanone Br C H . Le composé (2) provient d’une substitution nucléophile directe du brome du composé de départ par le méthanolate.Br Me Me MeO O C C Me (2) 3-méthoxy-3-méthylbutan-2-one Schéma 14.5.MeOH H CH C Ph MeO C .5 Le réarrangement appliqué à des α-halogéno cétones cycliques s’accompagne d’une contraction du cycle (schéma 14.2-diméthylpropanoate de méthyle O C O OMe Me 2. exemple B.MeOH . conduit à la 2-phénylcyclopropanone qui s’ouvre en formant le carbanion le plus stable.Br H CH2 CH2 MeO C Ph B) 3-bromo-3-méthylbutanone Me C Me C H CH2 O O C . A) 1-bromo-1-phénylpropanone O Br O . en α du groupe phényle. il se forme deux composés (1) et (2). ce qui conduit au 3-phénylpropanoate de méthyle. Le composé (1) provient d’un réarrangement de Favorskii avec la 2. qui résonne avec le cycle aromatique. Les réarrangements (ou transpositions) Dans l’exemple A du schéma 14. . traitée par le méthanolate. .HBr CH3 CH2 C R Y C C Y C CH3 H Schéma 14.γ. Il y a donc inversion de configuration relative du carbone qui était substitué par l’halogène (schéma 14.8).et α.MeO 2-chlorocyclohexanone COOMe ester méthylique de l'acide cyclopentanecarboxylique Schéma 14.Cl O OMe O O Cl Cl MeOH .7 Certaines α-halogéno cétones qui ne possèdent pas de C αH peuvent aussi se réarranger pour donner des acides ou des dérivés d’acides (réarrangement quasi-Favorskii). le mécanisme ne peut pas accepter une cyclopropanone comme intermédiaire. R O C H3 C R Y C C CH2Br .β. R1 RO O C C X R2 R3 O OR R1 RO -X C C X R2 R3 Schéma 14. La base s’additionne sur le groupe carbonyle ce qui entraîne la migration du substituant non halogéné et la substitution de l’halogène selon un mécanisme SN2 intramoléculaire.7).8 O C C R3 R2 R1 .Br .6 Les réarrangements des α. .insaturés (schéma 14.β-dibromocétones conduisent respectivement à des dérivés des acides α.MeOH O .et β.Br .α’. Dans ce cas.752 Chimie organique H OMe OMe .HBr Br H 3C CH C O Y O Br Br CH R C CH3 O . le groupe R du chlorure d’acide garde sa chiralité dans le composé final. Lorsque les cétènes sont très stables comme les diarylcétènes. CH3COOH et CH3CH2COOH) ou un substituant (toluène.14.1f – Le réarrangement de Wolff (homologation d’acides et de leurs dérivés) Note : une réaction dite d’homologation consiste à former un composé homologue du composé de départ. Ph-CH2-CH3). à des esters en présence d’alcools. Ces composés chauffés en présence de benzoate d’argent ou d’oxyde d’argent (et aussi de Cu. RCOCHN2. Ag. Ni Raney. . Les réarrangements (ou transpositions) 753 14. Le processus qui consiste à préparer la diazocétone. Dans cette réaction. pour conduire à des acides en milieu aqueux. Ph-CH3. d’amines tertiaires) forment des acylcarbènes qui se réarrangent immédiatement en cétènes très réactifs avec le milieu.et éthylbenzène. un composé ayant le même ou les mêmes groupes fonctionnels que le composé de départ mais différent par le nombre de carbones formant sa chaîne carbonée (ex : CH3CO-CH2-COOEt et CH3CO-CH2-CH2-COOEt. puis à la chauffer en présence d’eau et d’un catalyseur pour former un acide ayant un carbone de plus (réaction d’homologation) que celui à l’origine du chlorure d’acide s’appelle la synthèse d’Arndt-Eistert (1927). il peuvent être isolés. Les diazocétones. c’est-à-dire. et à des amides par réactions avec des amines primaires ou secondaires.2. C’est le réarrangement de Wolff (1912). Pt. résultent de l’action du diazométhane sur les chlorures d’acides ou les acides eux-mêmes. Dans la mesure où il existe deux conformations des diazocétones appelées s-E et s-Z. sous irradiation UV.9 Une modification de cette réaction due à Horner consiste à décomposer les diazocétones dans le dioxane à 0 °C.ClH C CH N R N C CH N N Réarrangement de Wolff H O C CH N O N C + N2 R cétène R H C O R H H H C C C C C O R R O Nu Nu-H Nu-H C H H C C R Nu O RCH2COOH NuH = H2O = R'OH RCH2COOR' = R'NH2 RCH2CONHR' Schéma 14. il a été démontré que la conformation réactive est s-Z (figure 14. Le mécanisme est de même nature que celui déjà indiqué.1 .754 Chimie organique Synthèse de Arndt-Eistert Ag2O R-CO-Cl + CH2-N2 .1). R H C O R C N2 C N2 conformation s-Z O C H conformation s-E Figure 14.HCl R-CO-CH-N2 H2O diazométhane H2C N H2C N RCH2-COOH diazocétone N N H2C N N H2C N N Formation de la diazocétone O O R C Cl + H2C N R N O H C C N R C CH N N diazocétone H Cl O O R N . 1g – Réarrangement conduisant à une homologation des aldéhydes et des cétones Les cétones et aldéhydes additionnent le diazométhane (schéma 14.11). Elle subit le réarrangement d’un groupe R du composé carbonylé de départ ce qui fournit la cétone ou aldéhyde homologue de celle ou celui d’origine. . une bétaïne 1.N2 H2C N N bétaïne 1 R1 O C C O CH2 R2 CH2 R2 bétaïne 2 R1 O C R2 époxyde C H2 Schéma 14. et que la réaction est effectuée en présence de trifluorure de bore. qui élimine une molécule d’azote pour conduire à une nouvelle bétaïne 2. Les cétones cycliques donnent lieu à des agrandissements de cycles d’un méthylène avec de bons rendements. un époxyde. Lorsque la cétone est dissymétrique. Il se forme d’abord. les rendements en cétones homologuées sont faibles et les époxydes sont en quantités importantes.755 14. R1 R1 C O C + CH2N2 R2 + N2 O CH2 R2 R1 R1 C O R1 C R2 R2 H2C O N N .10 Avec les cétones. isolable. Les réarrangements (ou transpositions) 14. c’est le groupe dont le carbone est le moins substitué qui migre (schéma 14.2. Les aldéhydes fournissent des méthylcétones et un produit secondaire. résultant de la formation d’une liaison entre les éléments chargés de la bétaïne 2.10) pour former un aldéhyde ou une cétone possèdant un groupe méthylène supplémentaire. en α-amino cétone (schéma 14.11 14. alcoolate ou pyridine.12 H R C H 2N C O . Une substitution nucléophile intramoléculaire s’ensuit avec élimination de l’anion tosylate et création d’un cycle 1-azirine (c’est une méthode de synthèse de cet hétérocycle). Il est facilement hydrolysé en raison de la forte tension de cycle. Le syn et l’anti cétoximes (E et Z) conduisent au même composé. Ar R CH H Ar CH H B C N R C N 1) Base OTs Ar H 2) H2O R C C O H2 N Ar . des 1.OTs Ar H OTs Ar C C R H2O N dérivé de 1-azirine Schéma 14.2 – Réarrangement de Neber Le réarrangement de Neber (1926) permet de passer des O-sulfonates ou tosylates de cétoximes aux α-amino cétones sous l’action d’une base.BH OTs CH R C N . La réaction débute par l’extraction d’un proton du groupe CαH2 par la base ce qui produit un carbanion. Si la réaction est effectuée une seconde fois.12).756 Chimie organique CH3 H3 C C + CH2N2 O CH2 BF3 C O + N2 H3C CH H3C CH H3C H3 C éthylisopropylcétone méthylisopropylcétone O O + CH2N2 CH2 + N2 cyclopentanone cyclobutanone Schéma 14. La réaction a lieu dans l’alcool dont dérive l’alcoolate. ou dans la pyridine.3-diamino cétones sont obtenues.2. à 0 °C et sous atmosphère d’azote. Les réarrangements (ou transpositions) Les α-amino cétones cycliques sont obtenues d’une façon analogue (schéma 14. puis se réarrange en isocyanate.14 Les mécanismes sont encore discutés car deux possibilités existent (schéma 14. fournit une amine. Dans le second cas. S R = H.14). soit à partir de l’amide N-substitué (3) par un groupe partant. à l’isocyanate ou à sa forme protonée. respectivement. Dans tous les .757 14.H 2O N X C O O X = Br. conduisent. Il se forme dans plusieurs réarrangements un isocyanate qui. H R N X C R HO . des mécanismes concertés. soit à partir de l’anion N-amidate (2).3 Réarrangements de carbone à azote Il s’agit de réarrangements nucléophiles déjà présentés pour certains d’entre eux et dans lesquels un groupe carboné migre vers un atome d’azote ayant un sextet d’électrons.13 14. par hydrolyse. réarrangement de Curtius R R 1) N C X -X R N C O O R R N C O X N -X H2O C . réarrangement d'Hofmann X = OCOR'. réarrangement de Lossen X = N2. CH3 Schéma 14. l’anion N-amidate devient un acylnitrène par perte de X-. Dans le premier cas (1).CO2 O acylnitrène 2) R N R N C C O O X -X H amine primaire R H 3) N H H N C O Schéma 14. ce qui entraîne le départ d’un groupe nucléofuge porté par cet atome. OTs O N R 1) Base NH2 2) H2O Z R Z Z = O.13). et sa chiralité est conservée. P2O5. s’effectue sous l’action d’agents acides. l’hydrolyse fournit une amine primaire et de l’anhydride carbonique.3. l’anhydride phosphorique. l’acide formique. Dans ce dernier cas. PCl5 (schéma 14.16) . la réaction aboutit à un nitrile : pour que le réarrangement ait lieu dans ce cas. le mélange de Beckmann (acide acétique. réarrangement de Beckmann (1886). Cette réaction est utilisée pour la synthèse industrielle du caprolactame (schéma 14. HCOOH.3. il est possible alors que ce soit le groupe syn isomérisé en anti qui migre. ce qui peut avoir lieu avant le réarrangement. Les réarrangements 14.15. comme les acides de Lewis.15 Le réarrangement des oximes et de leurs O-tosylates. Les groupes substituant le carbone peuvent être alkyles.1 – Réarrangement d’Hofmann 14. l’hydrogène n’étant pas un bon groupe migrant. La réaction est stéréospécifique : il y a migration du groupe R se trouvant en position anti par rapport à OH (ou OTs). Les oximes dérivées de cétones cycliques conduisent à des lactames (amides cycliques). 14.3.1 à 14. anhydride acétique et chlorure d’hydrogène). le groupe migrant dans les oximes E ou Z dérivées d’alkylarylcétones est le plus souvent le groupe aryle.4 – Réarrangement de Schmidt 14.15). le pentachlorure de phosphore.3. des conditions expérimentales spécifiques comme l’adsorption de l’aldoxime sur l’alumine suivie d’un chauffage durant trois jours à 100 °C sont nécessaires.4 sont présentés au § 6.3. Le nickel de Raney permet aussi cette réaction. donc la migration du groupe R s’effectue avec rétention de configuration. Ainsi.2e. il est difficile d’obtenir des amides primaires.758 Chimie organique cas.3 – Réarrangement de Curtius 14. Le solvant peut être polaire ou non polaire et dépend surtout de l’agent acide utilisé. en amides. l’acide polyphosphorique. l’acide sulfurique.2 – Réarrangement de Lossen 14. SO2. et souvent.3. Cette observation a été utilisée dans de nombreux cas pour définir la configuration de l’oxime traitée. Toutefois. On peut remarquer que le déplacement du groupe R n’affecte pas sa chiralité qui se retrouve dans l’amine. et plus particulièrement. l’anhydride sulfureux liquide. aryles. dans la mesure où les conditions de la réaction peuvent permettre une isomérisation de certaines oximes.5 – Réarrangement de Beckmann R1 C PCl5 N R2 O O R2 H oxime C HN R1 amide secondaire Schéma 14. hétéroaryles ou un hydrogène.3. H2 O C R2 R2 H N C R1 N H R1 O O R2 B . Le composé ainsi formé est alors hydrolysé pour conduire à un iminoalcool qui est en équilibre tautomère avec un amide (forme prépondérante) (schéma 14. 140°C oxime de la cyclohexanone O C NH NH3. H2N-(CH2)6-NH2 et possède le motif [–NH-(CH2)6-NHCO-(CH2)4-CO-]. L’amide libre est obtenu par action de l’ammoniac (schéma 14. excellent groupe partant. L’addition d’une molécule d’eau fournit un iminoalcool O-protoné qui est en équilibre avec la forme tautomère amide protoné.17 Lorsque le pentachlorure de phosphore est le réactif de ce réarrangement.16 Plusieurs mécanismes ont été proposés pour ce réarrangement selon les réactifs utilisés.18). Ce groupe migre sur le carbone de C=N. En présence d’un acide comme l’acide sulfurique non concentré. simultanément au réarrangement du groupe R1 en position anti par rapport à OH. le groupe hydroxyle est remplacé par OPCl4. N OH C H O C NH H2SO4 cé. -H caprolactame protoné caprolactame Schéma 14.17). Note : le nylon « 6. le groupe hydroxyle est protoné ce qui en fait un meilleur groupe partant.6 » résulte de l’action de l’acide adipique HO2C-(CH2)4-COOH et de l’hexaméthylènediamine.BH C O N H R1 H H iminoalcool O-protoné amide O-protoné amide Schéma 14. Les réarrangements (ou transpositions) qui est à la base de la synthèse du nylon « 6-6 » ou perlon : il résulte de l’ouverture du groupe amido cyclique et de la polymérisation du composé formé (avec le motif -CO(CH2)5-NH-). L’élimination d’une molécule d’eau entraîne le réarrangement immédiat en un ion nitrilium mésomère. R1 R1 C N O O C N R1 ion nitrilium N C R1 H O H R2 R2 R2 C R1 H H H R2 N N R2 H C .759 14. . 19 D’autres oximes ne conduisent pas aux amides. Dans ce cas.20 CHO CN + HN(CH3)2 . et de β-céto éthers.H3PO4 R1 N N H O PCl4 R2 R1 R1 PCl5 . Dans ce cas. C’est le cas des cétoximes d’α-dialkylamino cétones. le mécanisme de dégradation fait intervenir cet hétéroatome. le mécanisme est identique mais pour obtenir l’iminoalcool. mais aux nitriles par un mécanisme différent.20 pour des β-amino cétoximes : OH R C N N N CH2 + R C N + HO H2O NH + HCHO + RCN CH2 CH3 CH3 N CH 3 N O-SO2Ph C H C N CH 3 H2O N Schéma 14.18 Dans le cas où le groupe partant n’est plus OPCl4 mais OTs ou OSO2H (avec l’acide sulfurique concentré). la présence d’un acide est nécessaire (OTs) ou d’eau (OSO2H) ce qui conduit à l’amide.HCl . l’ion nitrilium fournit un nitrile et un carbocation qui réagit avec le milieu (schéma 14. une dégradation de Beckmann. Il a lieu lorsque le groupe qui migre dans la première partie du mécanisme conduisant à l’ion nitrilium est susceptible de former un carbocation très stable en raison de sa structure.HCl R2 O PCl4 N R2 C O N R1 R2 C N H R1 Schéma 14. comme le montre le schéma 14. R2 C N R1 R2 C N R1 R2 C N + R Schéma 14. d’α-hydroxy cétones. tous composés possèdant un hétéroatome en position β par rapport à l’oxime.19).760 Chimie organique R2 R1 C N R2 O H C C O PCl4 N R2 O PCl4 C R2 C C N R1 O H2 O R1 . Il existe une réaction secondaire à ce réarrangement appelé réarrangement dit anormal de Beckmann. Les réarrangements (ou transpositions) Les aldoximes conduisent aussi à des nitriles.9. à faible température. H H C N R R N + H2O C OH Schéma 14. ou de l’action de ce même réactif sur les alcools.4. en milieu acide ou en présence d’acide de Lewis.22).21 14.22 C O + R1-OH R3 O H R2 R1 + H . en cétones ou aldéhydes et alcools (schéma 14.4 Réarrangements de carbone à oxygène 14. Formation de l'hydroperoxyde C O H R2 R1 R1 R1 H R2 . sont convertis. 14.21).H2O C CH2 C CH3 O O H R3 H-O-O-H C R2 -H R2 R2 C R1 R1 H R2 -H R3 R3 R1 C H-O-O-H O O H H3C Réarrangement de l'hydroperoxyde R2 R2 R1 R1 C O O H H R2 C R3 R3 O O C O R1 R3 R3 C R2 H O O O H H R1 R3 O R1 R3 H R2 R2 C H C O H H Schéma 14.1 – Réarrangement ou oxydation de Baeyer-Villiger Cette oxydation qui fait intervenir un réarrangement a été présentée au paragraphe 12.2 – Réarrangement des hydroperoxydes Les hydroperoxydes qui proviennent de l’addition du peroxyde d’hydrogène sur les alcènes en milieu acide.761 14. Cela correspond à une déshydratation (schéma 14.4. et un groupe aryle migre plus facilement qu’un groupe alkyle.24). Pour que la réaction ait lieu. Me Me Me Me C CH2 C O Me Me O H H C Me Me hydroperoxyde de 2.5. H C2H5 CH2 O OH C2H5-OH hydroperoxyde de propyle + HCHO éthanol Schéma 14. L’addition d’eau déplace l’équilibre vers le composé carbonylé. en équilibre avec une cétone ou un aldéhyde (selon l’alcool de départ) et un alcool. .1 – Réarrangement de Wittig (À ne pas confondre avec la réaction de Wittig § 10.5 Autres réarrangements [1. Ce mécanisme est retenu pour la plupart de ces réactions.7).24 14. mais pour d’autres.23 Les hydroperoxydes primaires sont convertis par cette réaction en formaldéhyde et en un alcool homologue inférieur d’un carbone (schéma 14. un mécanisme concerté a pu être proposé. ce qui forme un hémiacétal protoné. retenus dans une cage de solvant. l’un des groupes carbonés migre vers l’oxygène lié au carbone fonctionnel ce qui provoque l’élimination d’une molécule d’eau et la formation d’un carbocation.2-diméthyl-propanol Schéma 14. Leur couplage radicalaire forme un anion alcoolate. en présence d’eau. Les bases utilisées sont le phényllithium. les amidures alcalins (dans l’éther) ou le méthylate de sodium (dans le méthanol à l’ébullition).25).4. il est nécessaire qu’il existe un CαH car la base extrait le proton de ce carbone pour former un carbanion (schéma 14. fournit un alcool. Le groupe migrant est dans la plupart des cas le plus volumineux. Le clivage homolytique de la liaison O-R’ conduit à un radical R’• et à un radical-anion cétyle mésomère. Ce dernier additionne une molécule d’eau. c’est le réarrangement de Wittig (1942). si les deux sont présents (schéma 14.4-triméthyl-pent-2-yle Me + CH2 OH C O Me 2. lequel.762 Chimie organique Après protonation. les éthers-oxydes sont réarrangés en alcools.23).2] 14. Sous l’action de bases très fortes. CH2COR. 14. comme dans l’exemple du schéma 14. Les groupes aralkyles Ar-CH2 sont d’autant plus aptes à migrer que le radical aryle est substitué par des groupes électroattracteurs. Les réarrangements (ou transpositions) R1 CH O R2 R' PhLi . il est partiellement racémisé.2d). l’amidure de sodium ou le phényllithium (dans le diéthyléther).26.25 Si R’ est chiral. .PhH R1 R1 R1 O C C R' C O R2 R2 R2 O R' dans une cage de solvant R1 R1 R2 C O H H2O R2 C O R' R' ordre décroissant de facilité de migration des groupes R' : PhCH2 > CH3 > C2H5 >p-NO2C6H4 > p-(CH3)3N+C6H4 > C6H5 >p-CH3C6H5 >p-ClC6H4 Schéma 14. β-phényléthyle.5. les autres groupes chiraux ne sont pas affectés.763 14.8.2 – Réarrangement de Stevens Le réarrangement de Stevens (1928) est proche sur le plan du mécanisme de celui de Wittig mais la réaction s’applique à des sels d’ammonium quaternaires au lieu d’éthers.26 Quand le groupe R’ est un groupe allylique le réarrangement de Wittig devient un réarrangement sigmatropique [2.3] (voir § 14. Les radicaux benzhydryle (diphénylméthyle). comme les hydroxydes alcalins (dans le méthanol). La réaction est applicable à des éthers dans lesquels R1 et R2 sont dans un cycle. …) par des bases. En effet. CH2Ph.27). si l’on traite un sel d’ammonium quaternaire. Par contre. allyle (2-propènyle) et méthyle sont aussi des groupes migrants dans cette réaction. fluorényle-9. dont au moins un substituant électroattracteur possède un méthylène lié à l’azote (CH2COOR. l’éthylate de sodium (dans l’éthanol). PhLi HO H O R' R' Schéma 14. il est réarrangé en amine tertiaire (schéma 14. 27 Le second mécanisme (schéma 14. Ces deux entités sont retenues dans une cage de solvant. Une rupture homolytique d’une liaison N-C retenant le groupe migrateur R’ conduit à deux radicaux R’• et A. R1 Z B R2 CH2 N . Le principal débute par la formation du carbanion d’un ylure par retrait d’un proton du CαH2.avec formation d’un carbocation mésomère B.28) ne fait pas intervenir de radicaux. ni couplage de radicaux de même nature. Deux mécanismes sont proposés pour ce réarrangement. R1 R1 Z CH2 N R2 B Z CH N R1 R2 Z CH N R2 . lesquels sont retenus dans une cage de solvant ce qui permet la création très rapide d’une nouvelle liaison sans racémisation du radical R’•. L’ylure élimine un carbanion R’.764 Chimie organique La vitesse de la réaction est d’autant plus faible que le groupe récepteur a un caractère électroattracteur élevé.28 . et réagissent immédiatement pour créer une nouvelle liaison.BH R' R' R' ylure R1 R1 Z CH N R2 R' Z CH N R2 (B) R' retenus dans une cage de solvant Schéma 14.BH Z CH Z R2 N CH Z R2 N (A) R' R' R1 R1 R1 CH N R2 R' retenus dans une cage de solvant R1 CH Z R2 N R' Schéma 14. avec formation de l’amine tertiaire. 14. Les réarrangements par substitution nucléophile aromatique présentés ciaprès et les réarrangements électrocycliques (§ 14. .5.1 – Réarrangement de Sommelet-Hauser Le réarrangement de Sommelet-Hauser (1953) affecte les sels de trialkylbenzylammonium. tandis que le réarrangement de Sommelet-Hauser n’a lieu qu’à température ordinaire.1). 14.2) a lieu à haute température (140 °C ou plus).2] mais leur présentation exhaustive dépasse l’objectif de cet ouvrage. Ils sont réarrangés sous l’action des bases fortes (souvent C6H5Li. en raison de leur importance.765 14.30 est significatif. arsonium.6 Réarrangements par substitution nucléophile aromatique Il existe un nombre très important de réarrangements qui n’appartiennent pas au groupe des réarrangements [1. L’exemple présenté dans le schéma 14. il s’agit du réarrangement de Sommelet-Hauser (§ 14. stibonium et phosphonium se réarrangent selon un mécanisme semblable.29 Le réarrangement de Stevens (§ 14.29). Les réarrangements (ou transpositions) Les sels de sulfonium. ou NaNH2 dans NH3 liquide) en amines tertiaires contenant un groupe o-alkylbenzyle (schéma 14.7) sont les seuls présentés ici.6.6. Un autre réarrangement peut se produire à côté du réarrangement de Stevens. R" R" CH2 CH R N C6H5Li R R2 R" C H CH CH2 C R1 CH2 R" N R1 R2 R1 H N R2 CH R R" C H CH N R R2 R1 R1 N R2 R Schéma 14. 30 Ce réarrangement est aussi un réarrangement sigmatropique [2. une 3-indazolone (A) et le composé nitrosé (B).3] (§ 14. ou SO3H.2 – Réarrangement de von Richter Les nitrobenzènes substitués en position ortho ou para par des groupes électroattracteurs comme les halogènes Cl. a été proposé. traités par un cyanure alcalin dans l’éthanol. Ce n’est qu’en 1960 que le mécanisme complexe de cette réaction qui passe par la formation d’un hétérocycle.31. à haute température (> 150 °C). mais dont la position de ce dernier est ortho par rapport à celle qu’occupait le groupe nitro. donnent lieu à une substitution du groupe nitro par un groupe carboxyle. . Si les deux positions ortho sont occupées. Br.8). isolé.6. Il est présenté dans le schéma 14. la réaction n’a pas lieu. Ce réarrangement particulier a été découvert par von Richter en 1871. 14.766 Chimie organique 25°C CH3 N N CH3 CH3 C6H5Li CH2-Ph 140°C N CH3 CH2-Ph Schéma 14. Le m-nitrobromobenzène conduit par cette réaction à un mélange d’acides o-et pbromobenzoïques. H 2O -H H OH Schéma 14.N2 O C OH Z (B) O C OH H composé isolé qui conduit à l'acide dans les conditions de la réaction Z Z Schéma 14.6. L’élimination d’un proton et une isomérisation par prototropie fournissent le para-aminophénol.32 NH2 NH OH . O O O N O O C C N O O O N N N C N N C H NH H Z H N Z Z Z HO N N O C N N C C .767 14. Br.H 2O O OH O NH N NH2 C O O OH Z Z Z (A) ..32) : le groupe hydroxy de l’hydroxylamine est d’abord protoné ce qui conduit à l’élimination d’une molécule d’eau et la formation d’un cation mésomère. Le mécanisme est le suivant (schéma 14.3 – Réarrangement de Bamberger Les aryl hydroxylamines traitées par les acides minéraux dilués sont réarrangées. SO3H. L’addition d’eau se fait en position para du groupe phényle. selon Bamberger (1894) en para-aminophénols. Les réarrangements (ou transpositions) O O O N OH KCN + N2 EtOH Z Z Z = Cl.31 14. NH2 NHOH H H2O H O HN H H O HN OH H NH NH H2O . Cl.6. NH2. SO2. NO2.34). SH. NH2 NHOH O NHOH H H2O H YH R R Y OH Y = OMe. Br. Si le caractère nucléophile des groupes ZH et XH est proche. Cl. C’est le cas de l’exemple du schéma 14.768 Chimie organique Si la réaction est effectuée en présence d’un autre nucléophile que l’eau. R' Z Y R' Base R ZH R YH R = H. Br Y = S. Cl. NHOH.34 Les réactions sont facilitées par la présence de groupes R’ électroattracteurs et par un anion Z. NaNH2 dans le benzène. SO2NHR". p-OHC6H4. SO. mais il y a formation d’un dérivé de 4-hydroxy-cyclohexa-2. K2CO3 dans le DMF Schéma 14. la réaction est réversible. des sulfoxydes. SO2H. COO ZH = OH.33 14. H3C H 3C SO2H SO2 OH O NO2 Schéma 14.4 – Réarrangement de Smiles Le réarrangement de Smiles (1930) est le résultat d’une substitution nucléophile aromatique intramoléculaire appliquée soit à des éthers. OEt.bon nucléophile (schéma 14. soit à des esters aryliques d’acides sulfoniques et carboxyliques en série aromatique ou hétéroaromatique. NO. CH3. tous diaryliques. des sulfones. la réaction n’a pas lieu. réarrangement d’un acide β-éther sulfinique en β-hydroxy sulfone. Si la position para est occupée par un groupe R.33). NHR" avec R" = alkyl ou aryl Base = NaOH ou KOH dans le méthanol ou l'éthanol. NHC6H5.35 NO2 . I R' = H. le groupe hydroxy est alors remplacé par ce nucléophile. NH2 Schéma 14. des sulfures. SO3.35. O. CONHR".5-diènone (schéma 14. schéma 14. et par rayonnement UV. C’est le cas du trans.36). L’exemple d’une réaction thermique péricyclique est la réaction de Diels Alder (§ 9.4] de diène conjugué sur un alcène activé par un groupe électroattracteur Y (diènophile) (1.6-diméthylcyclohexa-1. Me hν Me Me ∆ Me Me Me trans. Par ailleurs. et passent par des états de transition cycliques.4. mais par la nature de l’apport d’énergie.trans-octa-2. trans-octa-2.1 – Introduction Il existe un ensemble de réactions qui ne font pas intervenir des ions ou des radicaux et qui ne sont pas ou peu influencées par la nature des solvants utilisés.3-diène Schéma 14. Ils sont péricycliques.3-diène (schéma 14.6-triène qui se cyclise par chauffage en cis-5. ces réactions s’effectuent en choisissant la voie la moins énergétique (∆G‡ le plus faible) : le mécanisme concerté va dans ce sens puisque l’énergie dépensée .10) qui est une addition [1.6-diméthylcyclohexa-1.36 Certaines réactions électrocycliques conduisent à des variations stéréochimiques importantes selon qu’elles sont effectuées sous l’action de la chaleur ou d’un rayonnement UV.7.6-triène trans-5. Les réarrangements (ou transpositions) 14. mais il en existe d’autres comme la cyclisation de deux alcènes pour former un cyclobutane qui sont uniquement photochimiques (2). thermique ou photochimique (rayonnement ultraviolet).769 14.6-diméthylcyclohexa-1. Y Y 1) 2) Ar Ar Ar Ar Ar Ar Ar Ar hν + Ar Y ∆ Ar Ar Ar Schéma 14.37 Généralement.7 Réarrangements électrocycliques 14.cis.4.6-diméthylcyclohexa-1.3-diène. leur mécanisme n’a aucun intermédiaire connu. cis. en trans-5.37).3-diène cis-5. de phase négative. Ceci fut démontré pour l’électron par Davison et Germer en 1927 puis par Thomson en 1928. Cette onde Ψ qui représente en fait un mouvement spatial comme une corde qui vibre entre deux points. et cela exige un état de transition cyclique qui maintient entre les différents atomes impliqués dans la réaction des liaisons partielles. L’orbitale 1s2 est aussi une sphère qui se différencie de 1s par une partie concentrique de phase positive. ce qui correspond à deux changements de phase. Une orbitale atomique 2p est formée de deux lobes dont l’un est au dessus du plan contenant le nœud (plan nodal). 14. la courbe reste du même côté de l’abscisse. par trois courbes possibles Ψ1. peut être décrite dans un système bidimensionnel. il y a changement de phase. point appelé nœud.38 Dans le cas de Ψ1. au dessous de ce plan et auquel on attribue le signe mathématique – (à ne pas confondre avec des charges + et -). dans la représentation Ψ3. qui est représentée par <2. Ψ3 Ψ2 + + Energie + + Ψ1 Schéma 14. est le volume de l’espace qui définit la plus haute probabilité de trouver un électron défini. Ψ2. notions complémentaires au premier chapitre de cet ouvrage. il est important de présenter quelques notions fondamentales concernant l’électron dans l’atome et ses implications dans la formation des liaisons. ce qui suppose aussi des recouvrements d’orbitales. et enfin. L’orbitale atomique. et Ψ3 selon l’augmentation de l’énergie appliquée au système (schéma 14. c’est-àdire un plan passant par les nœuds de vibration. négative. L’orbitale atomique OA 1s de l’hydrogène est une sphère de phase unique (schéma 14.39). et l’autre qui l’entoure. du côté mathématiquement positif. Pour mieux comprendre ces réactions et leurs résultats stéréochimiques. la courbe coupe une fois cet axe. la première partie de la courbe est positive et la seconde. . il existe deux nœuds et deux espaces de signes positifs et un de signe négatif. volontairement simplifié pour débuter de manière plus rapide l’étude des molécules.38). dans Ψ2.1a – Orbitales atomiques (OA) De Broglie propose que toute particule en mouvement est associée à une onde.7. et l’autre.770 Chimie organique pour rompre une liaison est compensée par la création d’une nouvelle liaison. auquel on attribue le signe +. Dans les schémas suivants. Puisqu’il y a deux électrons dans cette liaison. L’orbitale moléculaire liante (la seule indiquée au chapitre 1) est caractérisée par une énergie plus faible que celle des deux orbitales atomiques qui sont à son origine. Pour les autres électrons d’un atome. il est impossible d’obtenir un tel résultat. 14. Les réarrangements (ou transpositions) y y y z x x x x orbitale 1s y y y z orbitale 2py orbitale 2px x z x orbitale 1s2 x orbitale 2pz Schéma 14. dites liante et anti-liante. Dans l’état fondamental (sans apport d’énergie extérieur). Pour l’orbitale moléculaire liante.39 L’équation de Schrödinger (1926)(se reporter à un cours de chimie physique) qui est le modèle mathématique des électrons ne trouve de solution exacte que pour un système à un électron comme l’électron 1s de l’hydrogène. et l’inverse pour l’orbitale moléculaire antiliante. dans la méthode des orbitales moléculaires. non liante.7. cette diminution de l’énergie explique la formation de la liaison. Les orbitales moléculaires formées par recouvrement de deux orbitales atomiques dont les centres de plus fortes densités électroniques sont sur l’axe formé par les deux . linear combination of atomic orbitals) qui sont approximatives y suppléent et permettent au chimiste de mieux appréhender la liaison dans la molécule.1b – Orbitales moléculaires (OM). liante. La méthode des orbitales moléculaires et celle de la combinaison linéaire des orbitales atomiques CLOA (LCAO en anglais. les électrons se trouvent dans l’orbitale moléculaire liante et l’orbitale moléculaire anti-liante est vide. la partie positive de l’orbitale p est représentée en foncé et la partie négative en blanc.771 14. l’orbitale moléculaire est considérée comme le recouvrement de deux orbitales atomiques. HOMO et LUMO En effet. anti-liante. le recouvrement de ces orbitales atomiques conduit à deux orbitales moléculaires (OM). 41 . comme cela a été indiqué. p.40). Une seule condition doit être respectée : la liaison n’est possible que si des phases de même signe (lobes + ou -) se recouvrent. Dans le cas contraire. si on considère les deux orbitales moléculaires liante. d ou f peuvent se recouvrir.772 Chimie organique noyaux atomiques sont appelées OM σ. E Ψ4 orbitales moléculaires anti-liantes C Ψ3 C C C butadiène Ψ2 orbitales moléculaires liantes Ψ1 Schéma 14. y compris des orbitales hybridées (qui sont elles-aussi constituées de deux lobes. il y a répulsion. π* E π* H OM anti-liante H C OA 2pz C H π H π éthène OM liante Schéma 14. celle dont les phases des orbitales atomiques sont de même signe se recouvrent et forment une liaison OM liante. π. C’est le principe de conservation des propriétés de symétrie des orbitales moléculaires. OM σ*. et celles créées par le recouvrement des orbitales antiliantes. formées à partir d’orbitales atomiques 2pz de l’éthène (schéma 14. Les orbitales moléculaires étant des combinaisons linéaires d’orbitales atomiques. et antiliante. on voit que quatre orbitales moléculaires sont possibles dont deux seulement sont liantes Ψ1 et Ψ2 de faibles énergies. et les deux autres. seule. Par contre les orbitales atomiques de phases contraires (signes opposés) se repoussent d’où le terme d’anti-liante pour l’orbitale moléculaire correspondante. mais de volumes différents. les phases deviennent alors importantes. En effet. π* d’énergie supérieure. et de phases de signes opposés). anti-liantes Ψ3 et Ψ4 (schéma 14. pour former des orbitales σ. d’énergies plus élevées. s.40 Si ce principe est appliqué aux orbitales atomiques du butadiène. Toutes sortes d’orbitales atomiques.41). Ψ = cAΨA + cBΨB : orbitale moléculaire liante Ψ’ = cAΨA .42). On peut remarquer que l’énergie de cette OM est égale à celle d’une orbitale 2pz d’un radical méthyle. l’orbitale moléculaire est anti-liante. E orbitale moléculaire anti-liante orbitale moléculaire non-liante (HOMO) 2pz (orbitale moléculaire liante) H C C H C C H radical méthyle carbanion allylique Schéma 14. 14. Ψ2… représentent chaque équation d’onde d’une de ces formes. ΨA et ΨB affectés de facteurs cA et cB liés à leur nature. Les réarrangements (ou transpositions) Dans le cas où le système π n’est pas cyclique et comporte un nombre impair de centres. ou deux électrons selon qu’il s’agit d’un carbocation.773 14. la fonction d’onde d’une orbitale moléculaire est décrite comme une combinaison mathématique des fonctions d’ondes de chaque orbitale atomique des atomes A et B de la liaison.cBΨB : orbitale moléculaire anti-liante Si une molécule est représentée par plusieurs formes électroniques différentes comme le butadiène. et Ψ1. d’un radical ou d’un carbanion (schéma 14. formes limites ou canoniques. l’orbitale moléculaire est liante et si elle est soustractive. comme dans les systèmes allyliques.42).42 Dans la méthode CLOA (ou LCAO). L’ensemble des OM d’un système π. affectée de coefficients c désignant le « poids » (leur contribution) de chacune d’elles dans la représentation de cette molécule. il existe alors une orbitale moléculaire supplémentaire dite non-liante. Si cette combinaison est additive. où une orbitale p contient aucun. L’atome central ne participe pas à l’OM.41 et 14. y compris les électrons lui appartenant est appelé schéma des OM (schémas 14.40. le total de ces formes est représenté par Ψ. . un. et qui prédisent la possibilité ou non de telles réactions et leur stéréochimie.7.cis. donc intramoléculaire. on peut utiliser l’approche des orbitales frontières (HOMO + LUMO).44) : soit une rotation des deux orbitales . Deux cas sont alors à envisager (schéma 14. orbitale moléculaire inoccupée de plus basse énergie de l’autre réactif. et deviennent hybridés « sp3 ». il faut que les orbitales p des atomes 2 et 7 (rouge et bleue) se recouvrent sur un axe commun ce qui nécessite une rotation de 90° afin que le recouvrement soit maximal.trans-octa-2.4. Ψ5. Ψ2. le schéma OM comprend six OM faisant intervenir les orbitales pz des six atomes de carbone hybridés « sp2 » et qui peuvent être écrites: Ψ1.6-triène qui conduit par une réaction thermique au cis-5.43). réaction réversible. Dans ce cas. les orbitales moléculaires occupées de plus haute énergie d’un réactif sont considérées comme analogues aux électrons de valence de l’atome et la réaction consiste en un recouvrement de l’orbitale HOMO d’un réactif par la « Lowest Unoccupied Molecular Orbital » (LUMO). l’HOMO est donc Ψ3.774 Chimie organique Ψ = c1 Ψ1 + c2 Ψ2 + … L’ensemble de ces considérations physico-chimiques ont amené Woodward et Hoffmann (1969) à formuler des règles concernant les réactions péricycliques.6-triène 5 Energie croissante Ψ1 Ψ2 Ψ3 Ψ4 HOMO LUMO orbitales moléculaires liantes Ψ5 Ψ6 orbitales moléculaires anti-liantes Schéma 14. Pour cela.6-diméthylcyclohexa-1. les électrons de la « Highest Occupied Molecular Orbital » (HOMO). Pour cela. Ψ4.6-triène et de l’hexa-2. Dans la réaction de cyclisation. trans-octa-2. Dans le cas de réaction péricyclique. il est nécessaire de considérer les phases de toutes les orbitales atomiques qui interviennent lors de la réaction.4. les atomes 2 et 7 hybridés « sp2 » forment une liaison σ.2 – Réarrangements électrocycliques de l’octa-2. cis. Plus simplement. Ψ3. Ψ6 dans l’ordre d’énergie croissante : 1 8 2 7 6 3 4 trans.4-diène Dans le cas du trans. seule l’HOMO est prise en considération.4. 14.43 D’après la définition.3-diène (schéma 14. tandis que dans le second cas. la prédiction de la faisabilité et la stéréochimie des produits finaux. par mouvements disrotatoires. tandis que les mouvements disrotatoires fournissent un système anti-liant (schéma 14. On voit sur le schéma 14. Ψ2. Me Me Me mouvements conrotatoires Me Me système antiliant cis Me Me Me Me Me Me mouvements disrotatoires Me système liant Ψ3 (HOMO) Schéma 14.45). pour de nouvelles réactions. l’apport d’énergie a pour effet de faire passer un électron dans une orbitale de plus haute énergie et Ψ3 devient Ψ4. système liant.4-diène dont les orbitales moléculaires Ψ1. On retrouve donc par l’application des règles de Woodward-Hoffmann les résultats expérimentaux observés et inversement. et le passage à un cycle avec hybridation « sp3 » des carbones 2 et 7 par mouvements conrotatoires conduit à un système liant. trans Me Me Me Me Me Me mouvements conrotatoires Me Me Me Ψ3 hν Y4 (HOMO) Me système liant Me Me système antiliant mouvements disrotatoires après irradiation Schéma 14. ce sont des lobes ayant des phases de signes contraires qui se recouvrent.45 Si on applique ces règles à la cyclisation en 3. En conséquence. ce qui conduit aux deux groupes méthyles en position cis. Ψ3 et Ψ4 provenant des quatre orbi- .44 que dans le premier cas. avec les deux groupes méthyles en trans.775 14. système anti-liant.44 Dans le cas d’une réaction photochimique. par mouvements conrotatoires. l’orbitale moléculaire de plus basse énergie (ex)LUMO Ψ4 devient l’orbitale moléculaire HOMO. soit en sens inverse. c’est le contraire. Les réarrangements (ou transpositions) dans le même sens.transhexa-2.4-diméthylcyclobutène du trans. sa rupture. Sous irradiation UV.41).46). Me Me ∆ trans-3.46 On observe donc que pour les systèmes conjugués à 6 électrons π.4-diméthylcyclobutène au hexa-2. c’est un mouvement conrotatoire qui permet l’établissement de la liaison et inversement. Par contre. Le mouvement disrotatoire conduit à un système anti-liant (non dessiné). et à titre d’exemple pour la réaction d’ouverture de cycle. l’ex-LUMO de plus faible énergie.trans-hexa-2. devient l’HOMO dans ce cas. l’HOMO est Ψ2 et le mouvement conrotatoire conduit à un système liant avec les deux groupes méthyles en position trans (schéma 14.1 En raison de la réversibilité de ces réactions. pour la réaction thermique. sa rupture (réaction réversible). c’est un mouvement disrotatoire qui permet l’établissement de la liaison pour une réaction thermique. le passage du trans-3. et c’est alors les mouvements disrotatoires qui conduisent à un système liant avec les deux groupes méthyles en position cis. On peut généraliser ces observations à d’autres systèmes chimiques (tableau 14.4-diméthylcyclobutène Me Me Me hν Me cis-3. et inversement.4-diène. On observe l’inverse de ces résultats pour un système chimique à 4 électrons π. pour une réaction photochimique.1) : nombre d'électrons π conditions réactionnelles mode de cyclisation 4n 4n 4n + 2 4n + 2 thermique photochimique thermique photochimique conrotatoire disrotatoire disrotatoire conrotatoire n = nombre entier Tableau 14.776 Chimie organique tales atomiques p sont analogues à celles du butadiène (schéma 14. .4-diène trans Me Me Me Me Me Ψ2 mouvements conrotatoires hν Me Me Me cis Me Me Me Me Me Me Me Me Ψ3 mouvements disrotatoires Schéma 14. Ψ3.4-diméthylcyclobutène trans. 48 .4-diène trans-3. Les réarrangements (ou transpositions) par chauffage.4-diméthylcyclobutène trans. trans-hexa-2. la symétrie est dite interdite. symétrie permise.47 Note : dans le cas d’une cycloaddition thermique de type Diels-Alder. la réaction entre un diène et un diènophile (4πe + 2πe) nécessite le recouvrement d’orbitales frontières HOMO et LUMO qu’elles appartiennent à l’un ou l’autre des réactifs. et que les liaisons sont possibles par mouvements disrotatoires ou conrotatoires. dans le cas de la cycloaddition de deux oléfines 2πe + 2πe.777 14.48).4-diène ce qui correspond encore à des mouvements conrotatoires autour de la liaison C3-C4 du cycle (schéma 14. le cis-transhexa-2. un électron π passe de l’état fondamental à l’état excité π* et ainsi. il est impossible. par une réaction thermique d’effectuer une réaction concertée car HOMO et LUMO de chaque molécule sont telles que des liaisons ne peuvent pas être formées. Par contre.4-diméthylcyclobutène Me Me H H Me H ∆ H Me H H cis-3. on dit que la symétrie est permise. se fait par des mouvements conrotatoires (en sens inverses de ceux de la formation du cycle) autour des carbones C3 et C4 et conduit seulement à l’isomère trans-trans.47). Le cis-3. (4πe) (2πe) HOMO Ψ2 Ψ3 LUMO HOMO LUMO π* π hν HOMO π π* π* π* LUMO (2πe) (2πe) Schéma 14.4-diène Schéma 14.cishexa-2. la réaction devient théoriquement possible. Dans la mesure où un rayonnement UV apporte assez d’énergie à l’un des réactifs. Toutefois. il ne s’agit en réalité que très rarement de réactions concertées car le mécanisme passe par la formation d’un intermédiaire biradicalaire. S’il en est ainsi. C’est le cas pour toute cycloaddition faisant intervenir deux systèmes chimiques 4nπe + 2πe (schéma 14. mouvements conrotatoires H H Me H H Me H ∆ Me Me H H H trans.4-diméthylcyclobutène fournit par la même réaction. Elle migre à une nouvelle position dans la molécule selon un mécanisme péricyclique.5].5].5].1 – Migration d’hydrogène sur une chaîne polyènique conjuguée La migration d’un hydrogène d’un carbone « sp3 » adjacent à une ou plusieurs doubles liaisons conjuguées peut s’effectuer selon des réarrangements sigmatropiques [1.3] 2 3 4 2 B) R1 R2 H R3 R4 5 1 5 R1 R2 H R4 R3 Dans cette migration d'hydrogène. j]. mais peut aussi avoir lieu sur des chaînes plus longues (schéma 14.49 14. le réarrangement est d’ordre [1. Z 1 A) 1 2 Z 3 3 3 3 les deux extrémités de la liaison rouge se sont déplacées de trois atomes. Dans la mesure où seule une extrémité a migré de n atomes.3] ou [1. l’hydrogène avec son électron 1s se trouve entre les carbones numérotés 1 . Dans le cas d’un réarrangement [1. il s'agit d'un réarrangement sigmatropique [3. R1 C R2 H (CH CH)n CH R3 R1 R4 R2 R3 C C CH (CH CH)n C H R4 Schéma 14. Par exemple (schéma 14. le réarrangement de Cope (A) est un réarrangement [3.3]. c'est un réarrangement sigmatropique [1. non catalysé.50). pour les plus simples. L’ordre de ce réarrangement est exprimé par deux chiffres entre parenthèses qui désignent le nombre d’atomes dont s’est déplacée chaque extrémité de la liaison σ considérée [i. Schéma 14. il existe un état de transition péricyclique dans lequel l’hydrogène migrant intervient. les extrémités de la liaison rouge se sont déplacées de 5 atomes de carbone et d'aucun pour l'extrémité liée à l'hydrogène. n = 1. j]. qui réorganise l’ensemble des insaturations.8 Réarrangements sigmatropiques Un réarrangement sigmatropique affecte une liaison σ adjacente à une ou plusieurs doubles ou triples liaisons.49).50 Dans ces réactions thermiques ou photochimiques.8.778 Chimie organique 14.5]. la migration d’hydrogène à travers un ensemble de doubles liaisons conjuguées de l’exemple (B) est un réarrangement sigmatropique [1. 51. la migration est encore dite suprafaciale (B). et Z pour l’isomère géométrique plan de la double liaison terminale entre les carbones 1 et 2). de telle sorte qu’on puisse distinguer des isomères géométriques E ou Z et que le carbone 1 soit asymétrique (schéma 14. la migration est encore antarafaciale et l’isomère formé est R.2) ce qui correspond dans l’état de transition à un système à 6 électrons dont 5 électrons π forment un système radicalaire délocalisé avec un atome d’hydrogène. 4e cas : si. ayant retourné les substituants du carbone 1 autour de la liaison 1-2 le transfert s’effectue par dessous les plans des doubles liaisons.779 14. R3 et R4 différents. la numérotation est faite dans le sens de la migration et non de la nomenclature chimique).2 Si la molécule considérée porte des groupes R1. note : par commodité. la migration est dite suprafaciale (A) et aboutit à un isomère proposé par l’auteur arbitrairement R. en fonction de ce qui a été proposé pour l’isomère de la migration suprafaciale A. cette fois l’isomère obtenu est S. ayant retourné les substituants du carbone 1 autour de la liaison C1-C2. 1er cas : si l’hydrogène est transféré en restant dans le même espace défini par les plans des doubles liaisons. Z. E. 3e cas : si l’hydrogène migre en traversant le plan des doubles liaisons (C) pour se lier au carbone 5 dans le sens inverse de sa position de départ. la voie de migration empruntée par l’hydrogène conduit à des résultats stéréochimiques différents. Z (R pour la configuration du carbone 5. Un tel mécanisme suppose que la molécule prenne une conformation cisoïde et que la migration de l’hydrogène puisse s’accomplir par différentes voies appelées suprafaciales ou antarafaciales. dans le sens inverse de sa position de départ (D). E. la migration devient antarafaciale et l’isomère formé est S. R2. 2e cas : si. . Les réarrangements (ou transpositions) et 5 (figure 14. 3 4 2 5 1 H Figure 14. l’hydrogène migre en traversant le plan des doubles liaisons pour se lier au carbone 5. mais. Cela peut s’expliquer assez simplement. ce qui conduit à un hydrogène retenu au dessus ou en dessous du plan des doubles liaisons (figure 14.2. Dans le cas présenté ci-dessus. seule la migration suprafaciale a lieu. E 3 4 4 3 5 R1 R1 H R2 R3 1 R1 5 R2 R4 R2 5 2 migration antarafaciale 2 H R3 R4 1 R4 isomère S. 1 H Figure 14. En effet.780 Chimie organique 4 3 A) R1 5 R2 H 1 R3 R1 2 R1 R2 R4 B) R1 2 1 R3 2 migration suprafaciale R4 1 R3 isomère S. un seul type de migration a lieu pour une réaction donnée.3 . l’HOMO correspondant au système à 5 électrons π.51 D’une manière générale.3). Z 4 3 3 R2 R4 3 5 2 4 5 4 H 3 H 2 5 2 1 R1 R3 migration antarafaciale R2 R4 H 1 R3 isomère R. Z 3 4 4 D) R4 R2 5 H H C) R3 1 migration suprafaciale isomère R. E Schéma 14. présente des lobes terminaux en phase ce qui favorise le recouvrement de l’orbitale 1s de l’hydrogène dans l’état de transition décrit à la figure 14. 1 H Figure 14. Les réarrangements (ou transpositions) Il en est de même théoriquement pour n = 3 (schéma 14. faisant intervenir 9 électrons π et un électron 1s. 4….2 – Migration d’un carbone Les réarrangements sigmatropiques péricycliques d’un carbone sont beaucoup plus rares que ceux d’un hydrogène.4 Si n = 0.9].52) et rend la migration suprafaciale. Peu de cas ont été réellement observés. La réaction photochimique permet cette migration [1. a pour conséquence la mise en phase des deux lobes terminaux de HOMO (voir le schéma 14. les lobes terminaux dans l’état de transition sont de phases opposées ce qui nécessite une migration antarafaciale.52 14.50). Les réactions thermiques les plus importantes dans ce .7] (figure 14. il s’agit alors d’un réarrangement sigmatropique [1.8. sauf lorsque n = 2 pour un réarrangement sigmatropique [1. la réaction thermique conduit à une migration antarafaciale très difficile en raison des tensions que nécessite l’état de transition à quatre atomes (pouvant être comparée à une interaction d’un radical allyle et d’un atome d’hydrogène). H hν HOMO (non liante) ex(LUMO) antiliante hν H H Schéma 14. Par contre. 2. lorsque n = 0.3] car le passage π→ π*.781 14.4). soit avec rétention de configuration du carbone migrant lorsque la réaction est thermique et la migration suprafaciale.1e).3 dégénéré Schéma 14. le réarrangement conduit au même composé (C et D). soit avec inversion de configuration de ce même carbone si la réaction est photochimique et suprafaciale. La différence importante entre migrations d’hydrogène et de carbone se trouve dans l’état de transition péricyclique.2. on peut prédire que les migrations [1..5]. 3. On dit dans ce cas que le réarrangement est dégénéré. réarrangement 1. l’hexa-1. L’hydrogène radicalaire intervient dans l’état de transition cyclique par l’orbitale 1s sphérique de phase unique positive. 14.8. réarrangements [1. condition expérimentale migration résultat stéréochimique ∆ suprafaciale rétention de configuration hν suprafaciale inversion de configuration ∆ antarafaciale inversion de configuration hν antarafaciale rétention de configuration Tableau 14.5-diène.2a – Réarrangement de Cope Le réarrangement de Cope (1940) est un réarrangement [3.8.782 Chimie organique domaine ont un état de transition à six centres..3]. 1. par exemple. tandis que le carbone intervient aussi dans un état radicalaire mais par une orbitale p ayant un lobe positif et un lobe négatif ce qui rend la migration différente. toutefois il existe aussi des réarrangements [1.5-diènes en s’isomérisant (schéma 14.53 .2 Deux réarrangements importants sont décrits ci-après. L’ensemble de ces prédictions s’inverse si la migration est antarafaciale ce qui est rappelé dans le tableau 14. 4n+1 avec n = 0. De manière générale.53). Il ne faut pas le confondre avec la réaction de Cope qui est une décomposition thermique affectant les oxydes d’amines (§ 11.5-diène réarrangement 3. 2.3] thermique qui affecte les 1. R 1 1 2 3 3 R 1 1 2 3 3 2 2 A B 1 1 2 2 3 3 1 1 3 3 2 2 C D hexa-1. La réaction est intéressante si le diène n’est pas symétrique (A et B) car dans le cas contraire. j] pour lesquelles j = 4n +1 avec n un nombre entier se font. la catalyse par des métaux de transition permet de diminuer sensiblement la température de la réaction.4-diméthylhexa-1. Y R CH CH CH2 C R' CH C CH C Z R" CH CH CH2 R F R R R R' Y C R" Z E R' Y ∆ R' R" Z Y Z Y R" R' Z R" Schéma 14. Leur absence augmente sensiblement la température de la réaction (200 °C) qui s’établit alors vers 300 °C. Me Me H Me Me H H méso-3.55 Certains composés se réarrangent avec agrandissement de cycle comme le divinylcyclopropane (schéma 14. susceptibles de créer une mésomérie avec l’une des doubles liaisons dans le composé final F.4-diméthylhexa-1. R. L’état de transition à six centres a le plus souvent une conformation chaise comme dans le cas du méso-3. voire de la réaliser à température ordinaire.trans-octa-2. .5-diène dont le réarrangement conduit uniquement aux cis.783 14. Y et Z sont des groupes électroattracteurs comme COOC2H5. L’état de transition est plus difficile à atteindre pour l’isomère trans (température élevée) comparé à l’isomère cis. CN.6-diène Schéma 14. La vitesse de la réaction dépend de la nature des substituants Y et Z et diminue dans l’ordre suivant: Y + Z = CN > Y = CN . Z = COOC2H5 > Y = Z = COOC2H5. C6H5 entre autres.54) dans lesquels.56) et le divinylcyclobutane.55).54 Dans le cas du réarrangement de Cope effectué sur des diènes peu substitués.5-diène Me H Me H H cis. R’ et R’’ sont H ou alkyle.6-diène (schéma 14.trans-octa-2. Les réarrangements (ou transpositions) La réaction générale s’applique à des composés de structure générale E (schéma 14. 2-divinylcyclopropane Schéma 14. Ce composé polyènique possède dans sa structure un cyclopropane.4-diène H cis 1.56 Si dans le composé A du schéma 14. dans ce cas.57). Il existe un cas particulièrement surprenant concernant le bullvalène.57 Il a été indiqué au début de ce paragraphe que le chauffage de l’hexa-1.784 Chimie organique H 190°C H trans H 40°C cyclohepta-1. le réarrangement est dit infiniment dégénéré ! D’autres composés conduisent à des résultats semblables comme l’hypostrophène ou le barbaralane (schéma 14.5-diène conduit à une molécule identique à celle de départ et que. la réaction prend le nom de réarrangement oxy-Cope et le produit final est un aldéhyde ou une cétone si le carbone hydroxylé porte un substituant carboné supplémentaire (schéma 14. et le chauffage permet de le déplacer d’un endroit à un autre par réarrangements sigmatropiques ce qui conduit à 1.2.53. Cette réaction est accélérée par la présence d’alcoolates. HO HO O H Schéma 14. le réarrangement est dit dégénéré.58).106 formes tautomères toutes identiques entre elles. Dans ce cas. R est un groupe hydroxy. . .4. Les réarrangements (ou transpositions) . hypostrophène . à ne pas confondre avec la réaction de Claisen (condensation d’ester avec des composés ayant un méthylène activé (§ 10. bullvalène .59 .8.. barbaralane Schéma 14. La réaction s’applique aussi aux éthers allyliques d’énols (allyl vinyl éthers). O 2 1 1 3 R R OH ∆ 2 3 réarrangement de Claisen R' R' O OH R ∆ R" R" R réarrangement de para-Claisen Schéma 14...2)) s’applique aux éthers allyliques de phénols (allyl aryl éthers) qui sont réarrangés en dérivés d’o-allylphénols..58 14.2b – Réarrangement de Claisen Le réarrangement de Claisen (1912)..785 14. 5 OH CH CH3 CH CH CH3 produit "anormal" du réarrangement de Claisen Schéma 14.60 Des produits « anormaux » sont parfois le résultat de cette réaction effectuée avec des éthers qui sont substitués par un groupe alkyle en position γ de l’oxygène : la liaison au cycle aromatique se fait alors non pas avec le carbone γ mais avec le carbone β.61. . O R O R lent R OH rapide H Schéma 14. il y a migration du groupe allyle sans déplacement de la double liaison dans le groupe allyle.59.60. Si la position ortho est déjà occupée. nécessitant le passage par un cyclopropane dont le plan est perpendiculaire à celui de la cyclohexadiènone.61 Le réarrangement de para-Claisen avec les deux positions ortho occupées débute selon le même mécanisme que le mécanisme normal mais se poursuit par un réarrangement de Cope qui lie le groupe allyle à la position para (schéma 14. Dans ce cas. Cette anomalie résulte d’un double réarrangement dont un « Claisen » et un réarrangement homosigmatropique [1.3] comme l’indiquent les chiffres placés dans le schéma 14.62). O O CH2 CH β CH H2 C γ δ H3C H O CH2 O H CH3 CH CH CH CH CH CH CH CH2 CH2 H3 C produit normal du réarrangement de Claisen CH3 CH3 CH3 réarrangement homosigmatropique 1.786 Chimie organique C’est un réarrangement sigmatropique [3. L’état de transition à six centres (non représenté) a une conformation chaise comme pour le réarrangement de Cope.5] comme le montre le schéma 14. Si les deux positions ortho et para sont occupées aucune réaction n’a lieu. la migration s’effectue en position para (réarrangement de para-Claisen). Le mécanisme péricyclique du réarrangement de Claisen est présenté dans le schéma 14. benzothiazole Schéma 14.64).63 Les réarrangements des éthers allyliques d’énols ont été les premiers à être découverts par Claisen.63) : N N O O Z Z Z = O. Ils s’effectuent dans la N.N-diéthylaniline ou le diphényléther.64 R CH . mais certaines réactions se font dans l’eau (schéma 14. Les réarrangements (ou transpositions) R' R' R' O O R O R R" R" R" R R' O R' O R' OH R" R" R" R H R R (réarrangement de Cope) Schéma 14. benzoxazole Z = S.62 Le réarrangement de Claisen a lieu aussi en série hétérocyclique. avec les éthers allyliques de benzoxazole et benzothiazole (schéma 14. par exemple. à environ 200 °C.787 14. O O C C C H CH2 C CH C CH2 C H R Schéma 14. 66). Ph-N=N-Ph. .65 Les éthers propargyliques d’énols conduisent. Une dismutation est aussi possible qui conduit à l’aniline et à l’azobenzène. le 2. par ce réarrangement.2’-diaminobiphényle et deux semidines (schéma 14. esters ou amides allèniques. alkyl.8.4’-diaminobiphényle.N’-diphénylhydrazine ou hydrazobenzène chauffé en présence d’acide chlorhydrique ou sulfurique dans l’eau ou l’alcool fournit principalement la benzidine accompagnée d’autres produits comme le 2.3 – Réarrangement de la benzidine La N. O O C C C H H Me CH C CH2 CH C H R R N N C C R R HC CH2 HC CH2 CH H H2C HC CH C Me S CH2 CH2 CH2 S CH2 HC CH H2C CH2 CH C H2 H2 C Schéma 14. selon la nature du groupe lié au carbone énolique (schéma 14. R O O R C CH2 C C C CH2 C C C H HC R = H.788 Chimie organique Les énamines se réarrangent comme les éthers allyliques pour former des imines (réarrangement d’amino-Claisen ou aza-Cope) et les thioéthers comme l’allyl vinyl thioéther permettent aussi cette réaction (réarrangement thio-Claisen) (schéma 14. cétones.67). NR2 composé allènique Schéma 14. aryl. à des aldéhydes.66 14.65). OR. permet de réarranger un éther-oxyde en alcool.5] de l’hydrazobenzène en benzidine pourrait être le suivant (schéma 14. 14. Quand la position para d’un cycle est occupée. les deux cycles sont face à face ce qui permet le rapprochement des carbones formant la liaison réarrangée. Il a été montré que la diphényline provient d’un autre mécanisme encore mal connu.4-diaminobenzène (o-benzidine) o.1). le produit du réarrangement dépend de la nature du substituant : s’il est électrodonneur comme OMe ou OEt.68 Durant la réaction.3] de Wittig Le réarrangement [1.4'-diaminobiphényle) hydrazobenzène ou N.2] de Wittig (déjà présenté au § 14.et p-semidines Schéma 14.789 14.N'-diphénylhydrazine (70%) + H2N (environ 30%) H2N 2.2'-diaminobiphényle H N NH2 N-phényl-1.4'-diaminobiphényle ou diphényline H N + + H2N NH2 NH2 2.8. s’il est électroattracteur.2-diaminobenzène N-phényl-1.67 Le mécanisme du réarrangement sigmatropique [5.4 – Réarrangement [2.68) : H2N 2 1 1 NH2 NH2 3 3 4 4 5 NH2 2 H3 N NH3 5 H H Schéma 14. ce sont la diphényline et l’ortho-semidine qui sont formées. au même titre que les semidines. l’ortho-semidine et un peu de para-semidine sont obtenues.3] lorsque l’un de ses . Il peut devenir un réarrangement [2.5. Certains groupes en position para sont éliminés durant le réarrangement comme le groupe carboxyle. Les réarrangements (ou transpositions) NH H NH NH2 (sels) H2N benzidine (4. 69).69 14.Base-H R3 O *C C * C C O C R4 R2 C R3 R2 R6 R1 CH Base 1 R5 * H R4 R5 * C3 * R6 OH C R4 2CH C R2 R3 R3 Attention : la numérotation donnée aux atomes n'a qu'un rôle descriptif permettant de comprendre l'appellation: réarrangemant sigmatropique 2.70 Lorsque R1 est un groupe alkoxy ou thioalkoxy. l’ylure d’azote conduit à un produit final hydrolysable en composé carbonylé β.3 .71).γ-insaturé (schéma 14. si le mécanisme déjà présenté peut encore intervenir.Base-H R2 R6 3 R7 C R1 C N R3 R5 R4 2 R1 1 C C R6 R6 S R3 1 C C 2 R4 R5 .5 – Réarrangement [2.Base-H R1 R7 C S C R2 R3 R5 R4 C N R6 R5 Base R2 R8 R3 R 4 C C CH C CH R2 R5 R4 R7 R1 C CH2 Base R2 R8 R2 R6 CH C S C R5 R3 R7 C R4 Schéma 14. En effet. R7 2 R1 CH2 R8 R7 R1 C3 N1 R3 CH2 1 C 2 R6 . Schéma 14. .3] qui conduit respectivement à des amines et des thioéthers (schéma 14.3] des ylures allyliques d’azote ou de soufre Les ylures d’azote et de soufre allyliques donnent lieu à un réarrangement sigmatropique [2.70). il est possible aussi qu’un mécanisme péricyclique ait lieu.8.790 Chimie organique groupes substituants est allylique (schéma 14. La configuration de la nouvelle double liaison E ou Z est liée à la position relative des groupes R2 et R3. R5 2 R1 R6 R1 C3 CH2 R5 R6 R 1 CH O C * 2 C 1 R2 R4 . Si les groupes R5 et R6 sont différents et le carbone allylique en position α de l’oxygène est chiral. l’alcool obtenu présente une chiralité du carbone portant les groupes R5 et R6 mais aussi du carbone hydroxylé. 72). une halogénoalkylamine est cyclisé par la soude en pyrrolidine ou pipéridine (réaction SN2 intramoléculaire) selon le cas. le . le composé réarrangé. ce qui démontre le caractère radicalaire de ce réarrangement cyclique. la chloramine est N-protonée (schéma 14. du chlore en présence de soude (hypochlorite de sodium).1 – Réarrangement d’Hofmann-Löffler-Freytag Le réarrangement d’Hofmann-Löffler-Freytag (1909) s’applique à des halogéno amines. Les chloramines sont les plus utilisées.72 En présence d’acide.9 Autres réarrangements 14.73). L’irradiation UV ou la présence d’un initiateur radicalaire permet de réduire sensiblement la température de la réaction. La liaison N-Cl subit ensuite une rupture homolytique avec formation d’un radical-cation azoté A et d’un radical Cl• (réaction d’initiation). Elles sont produites à partir des amines primaires ou secondaires par action des acides hypohalogéneux. En fin de réaction. Si la chaîne possède au moins 4 ou 5 carbones. des N-halogénosuccinimides. Les réarrangements (ou transpositions) R Z R3 R7 C CH C N R2 R4 C R7 CH R8 C O H2O NH + R-ZH + C R6 R2 R8 R6 R4 C R3 R5 R5 Z = O ou S Schéma 14. Ces composés subissent une migration du chlore de 5 ou 6 atomes sur la chaîne alkyle sous l’action de l’acide sulfurique concentré à une température de 100 °C (schéma 14.71 14.9. R' R' R CH2 CH2 CH2 CH2 N-chloramine R CH2 CH2 CH2 CH2 H N CH CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 NH Cl R CH CH2 CH2 CH2 NH2 R' Cl R' ∆ NH Cl R R NH2 R' ou hν Cl NaOH R Cl N R' dérivé de pyrrolidine Schéma 14. ou du t-butylhypochlorite.791 14. N-diarylamides d’acides aromatiques. hν N Me . R' R' R CH2 CH2 CH2 CH2 H N CH2 CH2 CH2 CH2 R Cl NH Cl 1) initiation CH2 CH2 CH2 CH2 H2C H C R' NH ∆ ou hν Cl H H2C H C R' NH + Cl H A R R 2) propagation CH2 H2C H C CH2 CH2 R' N H CH2 R' N H2C H C H B R H R CH2 CH2 R' CH2 CH2 R' N H NH H2C H2C H H + Cl C C H H R R H CH2 CH2 H2C Cl C R' N H H + H CH2 H2C H C CH2 R' NH H R R C Schéma 14. Ils sont réarrangés à 200–300 °C en N.9.2 – Réarrangement de Chapman Le réarrangement thermique de Chapman (1926) concerne les iminoéthers aromatiques.1]nonane Schéma 14. Ce dernier réagit sur une nouvelle molécule de N-chloramine ce qui forme un sel de γou δ-chloroalkylamine C selon la longueur de la chaîne carbonée du groupe alkyle.74 14.792 Chimie organique retrait d’un radical H• d’un groupe méthylène du composé A conduit à un radical-cation B. H2SO4.3.74). . et un nouveau radical-cation azoté A ce qui constitue la réaction de propagation radicalaire.73 Le réarrangement peut s’appliquer à des N-halogénoamines primaires (en présence d’acide sulfurique et de sulfate ferreux) et à des N-chloramines secondaires dont un substituant est un cycle comme le cyclooctane ce qui permet de former des systèmes bicycliques (schéma 14. HCl N Me Cl N-chloro cyclooctyl-méthyl-amine chlorhydrate de 9-méthyl-9-aza-bicyclo[3. 75). ou un groupe naphtyle. les iminoéthers sont obtenus par action d’une chlorimine sur un phénate alcalin (schéma 14. La réaction se fait à sec ou dans un solvant à haut point d’ébullition comme le tétraéthylèneglycol diméthyléther ou tétraglyme. CH3-(OCH2CH2)4-OCH3. Les réarrangements (ou transpositions) En série aromatique. elle-même. Ar C Cl + H2N Ar' .76). La chlorimine résulte. et les substituants électroattracteurs sur Ar’’ favorisent la réaction. Ce réarrangement [1. R R R O O C Ar C N Ar' Ar O N Ar' C Ar N Ar' R H2O Ar-COOH + H N Ar' Schéma 14. alkyle. Ar’’ est un groupe phényle substitué ou non par un groupe halogéno.76 La réaction peut être utilisée pour préparer des amines secondaires par hydrolyse de l’amide tertiaire obtenu. CH2COOR. L’azote de l’aryliminoéther effectue une substitution nucléophile intramoléculaire du carbone aromatique lié à l’oxygène ce qui brise la liaison O-C(phényle) avec formation d’un groupe carbonyle (schéma 14. nitro.3] n’est pas cyclique : il n’y a pas d’état de transition cyclique.75 Les substituants aromatiques Ar et Ar’ sont le groupe phényle et ses dérivés substitués aussi bien par des groupes électroattracteurs qu’électrodonneurs.NaCl C N Ar' Cl amide secondaire Ar C N Ar' chlorimine ∆ Ar O C N Ar' O Ar" Ar" amide tertiaire iminoéther ou imidate Schéma 14. de l’action du pentachlorure de phosphore sur un amide secondaire aromatique. .793 14.HCl Ar O N H C O PCl5 Ar' Ar C N Ar' Cl Ar"-O-Na Ar . parmi d’autres. quinolyle-8. (Eb = 275 °C). Les substituants électrodonneurs sur Ar et Ar’. 794 Chimie organique Un autre mécanisme. On peut augmenter sa formation en effectuant la réaction dans l’anhydride acétique à 250 °C ou sous irradiation UV. C O N C R R N O O N R + R C O N C Schéma 14.78 Les substituants électrodonneurs ou volumineux défavorisent la réaction. la réaction peut s’orienter soit vers un o-hydroxyazobenzène. ∆ N N R N N R O composés azoxy OH R' composé azo R' OH Ac2O ou hν N N R R' Schéma 14. 14. intermoléculaire à huit centres a été observé en série aliphatique : la présence de quantité catalytique d’acide sulfurique ou d’iodure de méthyle est alors nécessaire (schéma 14. il semble qu’un composé de formule.77).3 – Réarrangement de Wallach Le réarrangement de Wallach (1880) affecte l’azoxybenzène ou ses dérivés. soit vers une substitution ipso du groupe en position para par le groupe hydroxy (schéma 14. .78). en présence d’acide sulfurique ou d’acide chlorosulfonique.9. L’isomère ortho est parfois présent. Ar N N Ar soit un intermédiaire.9. Si les positions para sont occupées par des substituants.77 14. Il est converti en phydroxyazobenzène ou ses dérivés. à 0 °C.4 – Métathèse des oléfines La réaction appelée métathèse des oléfines ou trans-alkylidènation consiste en un échange des groupes alkylidènes entre deux oléfines identiques ou différentes et catalysée par des complexes de métaux de transition. Le mécanisme est encore en cours d’étude. W(CO)6. dans le tétrachlorure de carbone et sous rayonnement UV.. R4 Schéma 14. Et C H Et H H + C C C Me W(CO)6 hν CCl4 Me H C C Me H C + C H Et H trans-pent-2-ène trans-pent-2-ène H Et Me trans-but-2-ène trans-hex-3-ène Schéma 14.79 Ainsi.79).7-diène.80).795 14. R1 R3 C C R2 R5 + R7 C C R4 Cat. Sn(CH3)4 CH3COOEt CH CH2 WCl6.. Les réarrangements (ou transpositions) Ce sont des réactions équilibrées qui nécessitent dans certains cas un rayonnement UV (schéma 14. fournit un mélange de E et Z isomères du 4-méthyl-déca-3. Certains diènes à longues chaînes sont cyclisés par cette réaction.81 Et Et 4-méthyl-déca-3. R8 R6 R7 R5 R1 C C C + C R8 R6 R2 R3 + . principalement sous forme trans (schéma 14.81). Sn(CH3)4 + Et 1-méthyl-cyclobutène + CH2=CH2 C6H5Cl H trans-hex-3-ène Schéma 14. conduisent au but2-ène et au hex-2-ène. Sn(CH3)4 (CH2)n CH3COOEt HC CnH2n-1CH=CH-CnH2n-1 + CH2=CH2 (CH2)n CH CH2 Me H Me Et WCl6.80 La métathèse de alc-1-ènes à longues chaînes avec l’hexachlorure de tungstène-tétraméthylétain. conduit à de l’éthène et à un alcène symétrique (schéma 14. dans le chlorobenzène comme solvant. 2 CnH2n-1 CH=CH2 HC WCl6. Un autre exemple est la réaction du 1-méthylcyclobutène avec le trans-hex-3-ène en présence de ce même catalyseur. WCl6-Sn(CH3)4. deux molécules de trans-pent-2-ène en présence de tungstène hexacarbonyle.7-diène . Il est intéressant de remarquer que dans cet exemple le choix du solvant joue un rôle capital puisque son remplacement par le n-hexane ne permet plus la réaction. 83): 2 R C C R' catalyseur R C C R + R' C C R' Schéma 14. Ces trois chercheurs ont reçu le prix Nobel de chimie 2005. WCl6-AlLiH4. On peut citer en plus de ceux déjà mentionnés : WCl6-n-BuLi. La mise au point des catalyseurs nécessaires à cette réaction est due aux Américains. rhénium déposés sur support solide comme le silicagel ou l’alumine. WCl6-EtOH-EtAlCl2 ainsi que les oxydes de tungstène.83 La découverte de la métathèse (1970) est le résultat des travaux de recherche d’un Français. Ce dernier se décompose en libérant un alcène et un nouveau complexe métal-carbène qui peut de nouveau réagir et ainsi de suite : c’est une réaction en chaîne.82 Appliquée aux alcynes. Grubbs et Richard R. Robert H. . molybdène. Yves Chauvin. Le mécanisme proposé repose sur la formation d’un complexe métal-carbène qui forme ensuite un cycle à quatre chaînons contenant un atome de métal (schéma 14.796 Chimie organique Les catalyseurs sont parfois accompagnés d’un cocatalyseur comme le n-butyllithium ou l’hydrure de lithium aluminium. catalyseur C C R' H R M M H H C C R R R' C + H C H H R' H + M R' R' R' M C H R' M C H Schéma 14. Schrock. seuls les alcynes internes réagissent (schéma 14.82). R R R H 2 + M. γ.maléique (cis) 45 . 687 . 471 . 566. 348.peroxybenzoïque 650 .oxydation.formation de cétones à partir de sels de lithium 599 .succinique 337. 687 .phtalique 337.action d’un alcool sur un aldéhyde ou une cétone 533 . 657 . 655.allylséléniques 652 . 723 . couplage oxydatif 655 Acétylène dicarboxylate d’éthyle 507 Acide(s) . 658.à partir du complexe imine. 658 . 743 .formation d’amides 345 . 413 . 336 .réduction par AlLiH4 . 384.acétylène dicarboxylique 610 .O-thioacétique 36 .α-formylés 362 . 544.oxydation des aldéhydes et des cétones 661. 707. 548.o-phtalique 35. 683.α-alcools 93 . 349.fumarique (trans) 45. 328.sulfoniques 315.insaturés 637.formation de l’ion acétylure 363 .aldoniques 541 .trifluoroacétique 32 .(-)-tartrique 86 . 727 .addition d’acides halohydriques 468 .adipique 648.peroxybenzoïques 493 .α-aminés 93.malonique 355. 181 Acétates 618 Acétone 302 Acétonitrile 36. 720 Acétylacétate d’éthyle 295 Acétylène ou éthyne .oxalique 360.arylsulfoniques 428 .sulfonation en α de la fonction 385 .estérification par les composés diazo 337 .dégré d’oxydation du carbone 647 . en alcools 727 ou en alcanes 728 .p-toluènesulfonique 328 .via la synthèse de Meyers 360 .des organomagnésiens 326 .réduction en aldéhydes.peroxyaromatiques 656 . 576 β-cétoséléniniques 674 chlorosulfonique 384 chlorosulfurique 428.γ.barbiturique 348 . 181.formation d’imides 348 .formation d’anhydrides 336 . 302.dans l’oxydation des alcènes 655 et des alcynes 657 réactions .à partir des nitriles 531 .homologation 753 Acides de Lewis 285 Acridine 163 Acroléine 149 Acrylates 507.carbonation des organomagnésiens 594 .dans l’ozonolyse 504 .hydroxamiques 677 .797 Index Index A Acétaldéhyde (voir éthanal) Acétals formations : .l)-2.glycidiques 399 . 717.α.réductions en éthers 731 Acétals E-halogénés 634 p-acétamidobenzènesulfonylazide 388 Acétamide 574 Acétate d’éthyle 35. 752 . 412.des acides forts 194 .et β. 574.α-halogénation 383 .benzènesulfonique 37.ou δ-halogéno 334 .par oxydation des alcanes 648 .formation de chorures d’acides 335. 648 . 667 .trifluoroacétylacétique 397 Acides carboxyliques nomenclature : 34 formations .3-diphénylstilbène 687 dithiocarboxyliques 594 β-éther sulfiniques formique 35.ε-hydroxy 330 . 323.hydratation en milieu acide 470 .estérification en présence de DCC 329 . 687 . 429 cyclohexanecarboxylique 658 (d.oxydation en esters .alkylation du benzène 436 . 471 Acyl azides 368 Acylacétates 483 Acylals 659.S-thioacétique 36 .benzoïque 35. 367. 384 . 439. 633 .γ. 479.échange entre acides et chlorure d’acides 336 . 672 .574.hydroxamiques 263.et δ-hydroxy 329 .phénylglyoxylique 672 . 429.acétique 35. 368 Acétophénone 672.sélénoxyliques 652 .décarboxylation oxydative 685 .α-halogénés 340.d’un glycol 326 . 671 .β.décarboxylation par chauffage 396 . 266 m-chloroperoxyben-zoïque 650 trans-cinnamique 574.hydrolyse des chlorures d’acides et des anhydrides d’acides 314-317 .comme diènophile 507 .glycoliques 667 .(+)-β-camphosulfonique 86 - carbamique 261. 314. tétrachlorure d’étain 741 réactions : . 672 .protonation par les acides forts 193 . 512 Acrylonitrile 392. 341 .sulfiniques 367.estérification en milieu acide 327 . 555 . 302. bromure d’hydrogène + peroxyde (effet Kharash) 486 . 465. azidures d’iode 477. 476.chloration radicalaire du méthane 220 . 701 . 783 AIBN (voir 2. hypochlorites d’alkyles 476.condensation benzoïnique 582 .formation d’azirines par les nitrènes 497 . et acétals β-halogénés 633 .réaction de symproportionation 486 . 328.avec les aldéhydes 558 .avec l’acide nitreux 265.hydroboration et hydroboration-oxydation 494 .acides cyanhydrique et acétique sur l’acétylène 471 . aldéhydes.avec le phosgène 558 . 340 .à partir des aldéhydes et cétones (réaction de Wittig) 583 .hydratations en milieu acide 470 . 266. 598 Additions-1. imine et nitrile 517-601 . amines. (par AlLiH4 694.par décomposition des tosylates 624 .électrophiles . 493.à partir de bromhydrines 634 .additions syn 491 .à partir d’esters 349. 266 Acylnitriles 368 Acyloïnes 344.à partir des oxiranes. oxymercurationdémercuration 480) .par décarboxylation oxydative des acides carboxliques 686 .échange d’un hydrogène avec un nitrène 260 .à partir des sulfones α-halogénées 636 .β-dibromés et d’organomagnésien 634 .798 Acylation de carbones activés 361 Acylazides 256. alcools.réaction de Reformatsky 600 Agents de transfert de phase 281 Aggrégats organométalliques 395 Agrandissement (ou expansion) de cycle 203. KMnO4. chlorure de nirosyle 477.halogènes et acide hypohalogéneux 472 . thiiranes et aziridines 634 .à partir d’halogénures en présence de sodium 633 réactions : .dihydroxylations d’oléfines (OsO4. des aldéhydes et cétones 706-711. 714 Alanine 350 Alcanes ou hydrocarbures saturés nomenclature : 26 formations : . 592 Additions sur les groupes carbonyles. 592. réaction de Michaël 482 . 495 Additions radicalaires 227 Additions sur alcènes.par déshydrohalogénation 623.2’-azobis(2méthylpropionitrile) Akabori (réaction de -) 723 Alane 694.avec les chlorhydrates d’iminoéthers 537 .des organomagnésiens 588 . des alcools 704. 260. bisulfites alcalins 538. 261. 725 Acyloïnes cycliques 726 Adams (modifications d’-) 441 Additions anti 463. 464.avec le chlorure de benzènesulfonyle 724 N-acylimidazoles 323.réaction de Wittig 583 .4 522.à partir des éthers α.par réductions des alcènes 698-701.hydrogénation catalytique (syn) et réduction chimique 488 .molécules de formule générale R-NH2 542 . .hydrogénation catalytique et réductions chimiques 523.oxydations 647 .amines.couplage oxydatif de dérivés 684 Alcènes nomenclature : 28 formations : voir réactions d’éliminations 605-642 .acides halohydriques (Markownikov) 461 . 720.nucléophiles. alcools.ène-synthèse 515 Additions-1.insertion d’un acylnitrène dans une liaison C-H 259 . acide cyanhydrique 539. par le diborane 695). 265.des organolithiens 596 . 481 Additions syn 463. 583.avec transfert d’un ion hydrure (aldéhyde) 578 . des halogénures 733.autres additions électrophiles 475 (alcools et phénols 475.à partir de diols vicinaux 638 . 723. 755. 731 Acylnitrènes 258.généralités 519 .à partir des éthers.avec intervention d’un carbanion 559 . alcynes.par déshalogénation de dihalogénures 631 .radicalaires 486 Chimie organique .par réduction des alcynes 692. 259. hydroxycarbonylation 479.additions anti 493 . 265. H2O2) 491 . des alcynes 701. halogénures d’alkyles et d’acyles 478.cyclopropanation par les carbènes 496 . hydratation 527. 623 . 544 . cétènes (voir aussi cycloadditions) 460 . alcools et thiols 532. esters 487 . thioéthers.alcanes 486 . pentachlorure de phosphore 542 .2 522. 472. 403 Acylcarbènes 753 N-acyl-2-cyano-1. 403 .2-dihydroquinoléine (composé de Reissert) 729 Acylhydrazines (ou hydrazides) formations : .à partir de chlorures d’acides 347 réactions : .par déshydratation des alcools 323. des acides carboxyliques 728. protections (MOM et MEM éthers) 321 Alcool(s) .J-insaturés 311 . avec rupture de la double liaison 654 .β-halogénés 606 .addition d’acides halohydriques 468 .benzyliques 705 .d’éthylène à partir de diéthyléther 596 réactions .de l’acide sulfurique (sulfates acides.par déshydrohalogénation des gem ou vic-dihalogénoalcanes 624 .par réductions des aldéhydes (primaires) et des cétones (secondaires) 523-527. 535.acylation par la réaction de Vilsmeyer-Haack 386 .hydroboration-oxydation 496 .dégradation des hydroxydes d’ammonium quaternaires 625 .oxydations sans rupture de la double liaison 654.du sulfure de carbone (xanthates) 629 . SnCl4 741 .déshydratations intramoléculaire (alcènes) 623 intermoléculaire (éthers) 325 . par les acides inorganiques 330 .des halogénures (sur alcoolates) 320 .double réaction d’élimination d’Hofmann 627 .pyrolyse des oxydes d’amines 628 .oxydation des CαH2 652 .dans la réaction de Mannich 552 .hydrolyse des esters en milieu acide et saponification 315 .du diazométhane (éthers méthylés) 326 .du phosgène (chloroformiates et carbonates) . 706 Alcoolates 238.γ. éthers) 324 .additions sur les aldéhydes et cétones 532.des halogénures d’acides (esters) 322. 305 .hydroboration (syn) 495 .pyrolyse des composés organométalliques 630 .à partir d’halogénures 314 . sulfates.β.additions sur les alcènes (éthers) 475. 409.réductions 698.allyliques 661 .à partir d’alcanes par oxydation 647 .à partir d’ester et d’organolithiens 375 .à partir des époxydes et d’organomagnésiens 374 .à partir d’éthers (réarrangement de Wittig) 762 .oxydation des méthylcyclohexanes 650 réactions : .à partir d’esters ou de chlorures d’acides et d’organomagnésiens 593.formation de carbocations 459 .voir additions nucléophiles (réaction de Michaël) 482 .par réduction par le magnésium des halogénures 735 réactions : . des acides 727.par décarboxylation oxydative des acides carboxyliques 685 .des iminoéthers (orthoesters) 537 .estérification par les acides carboxyliques 327. des anhydrides d’acides 333 .alkylation du benzène 435 .dans la réaction de Cannizzaro 579 .réductions 704 .hydroboration –oxydation 496 .voir additions radicalaires 486 .voir additions électrophiles 460 .addition de nitrènes 496 .transestérification 333 .décarboxylation oxydatives des acides 685 .à partir de sulfones 637 . 711.action sur les complexes imines.à partir d’éthers 328 . acétals 732 .ouverture des époxydes (avec les alcoolates) 327 .799 Index .par hydratation d’alcènes 470 .acylation par un halogénure d’acide 385 . d’amides 731. les chlorures d’acides 729.dans l’alkylation du benzène et de ses dérivés 435 .pyrolyse des esters d’acides carboxyliques 628 .des sulfonamides (sulfonates) 334 .pyrolyse des xanthates de méthyle et des sulfones 629 .addition d’alcool ou de phénol 476 .oxymercuration-démercuration 480 . 536 .transéthérification 326 . 584 Alcools nomenclature : 30 formations : .à partir d’organomagnésiens 395.addition de chlore ou de brome 474 .des cyanures alcalins (nitriles) 368 .des carbocations 207 .voir cycloadditions 497 .formation d’hydroperoxydes 761 .des nitriles 538 .propargyliques 576 Alcynes nomenclature : 28 formations : .δ-insaturés 639 . des esters 722.cyclopropanation par les carbènes 496 .à partir de trialkylboranes 410 .oxydation d’hydrazones d’αdicétones (cycloalcynes) 682 .oxydations 660-668 .oxydation avec rupture de la liaison (ozonolyse) 654 . des anhydrides d’acides 728. 590 .hydroborations 695 .réductions 698 . radicalaires 487 .réaction de rétro-Michaël 630 .des acides forts 194.par déshalogénation de dihalogénures 632 .époxydation 650 .des chlorures de sulfonyle (sulfonates) .dans la préparation d’amines primaires 412 . 594 .cyanoéthylation 484 . hydrolyse des hémiacétals et acétals 195. 671-675 .addition radicalaire sur les alcènes 487 .protonation et attaque d’un réactif nucléophile 313 .par réduction des esters 723 Chimie organique . 254 Allyle (groupe-) 28 Allyliques (composés -) 303.formylation du benzène et de ses dérivés (aldéhydes aromatiques) 440-444 .bromation via un organomagnésien 409 . 632.par réduction des chlorures d’acides 729-731 .synthèse de Meyers 360 .hydrolyse des imines 741. 599.hydratation 470 .3-diphénylbutanal 235 (voir aussi réactions spécifiques du méthanal ou formaldéhyde) Aldéhydes .à partir de chlorimines (aldéhydes aromatiques) 741 . 677.homologation par le diazométhane 755 .dans l’ozonolyse des alcènes 504 .ou acylation des cétones et aldéhydes 390 Alkylbenzènes 226 Alkylboranes 494 Alkylhydrazones 709 Alkyllithiens 395 S-alkylisothiouronium (sel d’-) 366 N-alkylhydroxylamine 677 Alkylnitrènes 259 N-alkylphtalimide 341 Allène 18.additions des halogénures d’alkyles et d’acyles 478 . 598 Aldimines 595.comme dipolarophiles 502 .600) .décarboxylation des acides glycidiques 399 .oxydation d’un groupe méthyle en aldéhyde d’un composé aromatique 658 .des acétylacétates 356 .oxydation en deux acides 657 Aldéhydes ou carboxaldéhydes nomenclature : 33 formations : .comme diènophiles (réaction de Diels-Alder) 507 .réductions du groupe carbonyle >C=O en >CH2 706 .des organomagnésiens et organolithiens 371 .couplage oxydatif d’alcynes terminaux 656 . 561.formation d’imines avec les amines primaires 193 . 625 .β-hydroxylés 581 .réarrangement des hydroperoxydes 761 .réductions partielle en alcènes 489.d’un carbone acé-tylènique 363 .β-cétoniques 572 . 701 .réarrangement radicalaire du 3.réarrangement oxy-Cope 784 réactions : (voir réactions d’addition sur le groupe carbonyle 517.réductions 701 .β-insaturés 34.de carbones activés 353.β-insaturés) 386 .addition des organomagnésiens 371 . en alcènes (719) . 711-718 .pyrolyse des éthers allyliques 639 . 374 .par réduction des nitriles 740 . 585.sulfonation en position α 385 . de nitrènes 497 . 592.par hydrolyse d’une énamine 678 .des sels d’acides carboxyliques 358 .homologation 755 .d’esters.oxydations sans (655) et avec (657) rupture de la triple liaison Alcynes internes 28 Alcynes terminaux nomenclature : 28 réactions : .2-diols (718). 676. 761 Alkoxy (groupes -) 30 Alcoxycarbonyles (groupe -) 35 Alkyles (groupes-) 26 Alkyl azides 256. 760 .en α des aldéhydes .alkylation 363 .addition de carbènes 254.réductions en alcools 694.α.oxydation de dérivés halogénométhylés de cycles aromatiques (aldéhydes aromatiques) 675 .à partir d’alcynes par hydratation en présence de Hg2+ 471 . 359 .addition d’acide cyanhydrique et acétique sur l’acétylène 471 . d’aldéhydes ou de nitriles 357 .réductions bimoléculaires en 1. 695. 740 Aldols 314.hydroxycarbonylation 480 .alkylation en α 357 .oxydation en acides 661.des organomagnésiens 590 .addition d’ozone 504 .comme dipolarophiles dans les cycloadditions [2 + 3] 502 . de cétones. 368 Alkylations .dite « exhaustive » des amines 340.des sels d’acides aromatiques 359 .carbanion acétylure 576 .synthèse à partir d’un halogénure 314.alkylation d’un alcyne terminal et ion acétylure 363 .couplage oxydatif d’alcynes terminaux 656 .800 . 81.par réduction des acides carboxyliques 727 .préparation à partir de symtrithiane ou de 1. 560 Aldolisation (et crotonisation) 560 Aldoximes 639.3-dithiane 360 .oxydation des alcools primaires 660-668 .du benzène (Friedel et Crafts) 434 . 308 .formation de chlorures d’acides (aldéhydes sans hydrogène en position α) 383 .formylation d’alcènes (aldéhydes α. 373 . 355. 757 . 549 Amination réductive 548 Amines nomenclature : 32 formations : . 742 D-amino acides 340. esters.action des organomagnésiens sur les isocyanates 595 .réductions en amines 730 . le diborane 730 . 544-554.par réduction des nitriles 740 .action des composés carbonylés 549 .à partir des acylhydrazines 264 .réaction des isocyanates ( + AlCl3) sur le benzène 439 .à partir de chloramines 411 .action de l’hypobromite de sodium 407 .à partir de certaines oximes 641 .par action de l’azote (+ catalyseur) sur les organolithiens 411 .à partir d’acide hydroxamique 263 .hydratation des nitriles 531 . 369. 554 Amidoximes 555 Aminals 548.réaction des acides. 679.hydrolyse 318 .avec l’acrylonitrile 484 . 742.à partir des amides primaires 261 . 367. 411 .dans la réaction de VilsmeyerHaack 443 Amidines 544.vinyliques (mésomérie) 145 N-oxydes d’amines tertiaires (centre chiral) 71.801 Index o-allylphénols 785 Amalgame de sodium 240 Ambident 294.formation d’isocyanures 342 . 446-448 .oxydations 676-681 .avec le chlorure de sulfonyle 343 .par réduction des imines et oximes 741 .réarrangement des ylures allyliques d’azote 790 . cétones et nitriles 193. les esters et les amides. sur la O-méthylhydroxylamine 411 .action des organomagnésiens 593 .formations de N-oxydes d’amines tertiaires 679 .formation d’haloamines 406 .déshydratation en nitriles 642 . N ou S-aminométhylations 552 .action des alcools sur les nitriles 538 .réductions par l’hydrogène catalytique (692) AlLiH4.par action des organomagnésiens sur aldimines. 345.formations d’isocyanates et isothiocyanates par action du phosgène ou thiophosgène 347 .réaction de l’amidure de sodium sur les cétones non énolisables 399 réactions : .à partir d’iminoéthers 793 . 553 .avec les époxydes. 574 E-amino alcools 300 D-amino-aldéhydes 723 N-aminoaziridines 258 N-aminonitrènes 258 D-amino cétones 756 E-amino éthers 327 J-amino halogénures 606 D-amino nitriles 541 E-amino thiols 344 D-aroyl esters 569 Aminoalkylation 450 1-amino-2-azirines 258 3-amino-1-azirines 258 O.à partir d’hexaméthylènetétramine et d’halogénure 341 .par action des organolithiens sur les aldimines et cétimines 599 . les chlorures et anhydrides d’acides. . 370 Amide-iminoalcool (tautomérie -) 42 Amides nomenclature : 33 formations : . 595.par réductions de dérivés nitrés 737 .action de PCl5 sur les oximes 758 .à partir d’un isocyanate 264. les lactones 345-350 .action des amines en milieu acide 350 . 553.formes tautomères amideimino-alcool et alkylation 296 .formation d’anhydride d’acide par réaction avec un acide 336 .action des organolithiens sur les amides primaires 376 .réactions des organomagnésiens (amines primaires et secondaires) 410 .par hydrolyse des sels d’iminium 530 .caractères basique (formation de sels avec les acides) et nucléophile 184 .formation de sels d’ammonium quaternaires 340 et désalkylation 341 . les chloroformiates. anhydrides d’acides et chlorures d’acides sur les amines 345-350.des amines tertiaires avec le bromocyanogène 343 .alkylation de l’ammoniac et des amines primaires et secondaires 339 . 545.addition radicalaire sur des alcènes 487 .réactions avec les aldéhydes.formation de sels d’aryldiazonium (amines primaires aromatiques) et réactions 416.N.par réduction des azides.alkylation de formamides 548 . thiiranes et aziridines 344 .par réduction d’amides 730 réactions : .réduction des oxydes d’amines 742 .comme réactif dans la réaction de Mannich 550 .à partir des acylazides 264-266 . 320. 541. 543.avec les acides.à partir de phtalimide potassé 341 . 682 Azoxy (composés -) 405 Azoxybenzène (réarrangement de Wallach) 794 Azote (configuration électronique et types de liaisons) 20 Azoxybenzène 794 B Baeyer (théorie de -. 475 Anti-périplanaire (voir conformations) Antioxydants 231.la pyridine 161 .pyrrole. 625 Analogues (composés-) 38 Analyse .à partir d’un chlorure d’acide et un carboxylate alcalin 335 .maléique 46.à partir des halogénures 341 . 448 Aryles (groupes) 29 Arylhydrazones 387.à partir d‘organolithien et de tosylazide 411 réactions : . 446.pondérale ou quantitative 24 . 658 .réarrangement en amines tertiaires de Stevens 763 .802 Aminométhyle (groupe -) 189 Aminonitrile 545 Ammonium quaternaire (sels d’-) 281. 657 . 344.avec le benzaldéhyde 576 . 499 . centres chiraux) 71 Aryles (groupe -) 29.à partir d’α-dicétones.carboxylate 152 Chimie organique . 587. 341 .énergies de résonance 165 Arsonium (sels de -.109 Antarafaciales (voies -) 779 Anthracène 29. 681. 233 Antipodes optiques (voir couple d’énantiomères) Apoenzyme 717 Apolaires 301 Aptitude nucléofuge 186 Aralkyles (groupes-) 29 Arbuzov (réaction d’-) 587 Arndt-Eistert (synthèse d’-) 753 Aromaticité .action de la pyridine 313 .addition sur un alcène 498.phtalique 348.carbocation cyclopropènyle et carbanion cyclopentadiènyle 162 . 383 Azodicarboxylate d’éthyle 507 Azo (composés -) 405. 340.acylation du benzène et de ses dérivés 437 .élémentaire 24 .avec les alcools 333 .hydrolyse 317 .réduction en amines 341. 443 « anti » 44 Antiaromatiques (composés cycliques-) 165. furane. 761 Bakélite 450 Bamberger (réarrangement de -) 767 Barbaralane 784 Barrières d’interconversion 54 . 670.régle empirique de Hückel 160 .acylation d’alcènes 386.trifluoroacétique 336 Anhydrides mixtes 437. hydroxyde d’-. 742 Azoïques (composés -) 259.556 Arylisocyanates 257 Arylnitrènes 257 Aryloxy (groupes -) 31 Aryloxycarbonyle (groupe -) 35 Arylsulfonamides 343 Aryltriazène 448 Arynes 418 Aspartame 74 Atactiques 232 Attaque dorsale 297 Auto-oxydation (réactions etmécanisme radicalaires de l’-) 232 Axe de symétrie alternant (impropre.composés antiaromatiques 165 . 709 Aziridine 369. 163. 636 Azobenzène 36 2.énolate 152 .le benzène 160 . 738.composés polycycliques aromatiques163 .iminoalcoolate152 . 693 Aziridines 327.par déshydratation des acides 336 .avec les organomagnésiens et les cuprates 375.transfert d’un groupe azido sur un méthylène activé 388 . 478 . thiophène 162 .2’-azobis(2-méthylpropionitrile) (ou AIBN) 214. 737 Anions . 680.succinique 438 .réduction 728 Anhydrides . ou de rotationréflexion) 68 Azétidines 342 Azides formations : . par oxydation 673 réactions : .pyrolyse et formation de nitrène 260 .avec les amines 345.conformationnelle 53 Anchimérique (assistance dite -) 748 Anderson (échelle d’électronégativité des éléments) 132 Anhydrides d’acides formations : . tension dans les cycles ) 57 Baeyer-Villiger (réaction d’oxydation de -) 659. 576 Aniline 33. 348 .507. 742 Azidoéthane 36 Azidure d’iode 477 1-azirine 756 Azimine 501 Azine 555.réarrangement en amines tertiaires de Sommelet-Hauser 765 Ammonium quaternaire.thioénolate 152 Anionotropiques (réarrangements -) 747 Anomères 108. 395 . 304 Aralkyles (groupes -) 29 Arylalkylcétones 659 Arylamines (voir amines aromatiques) Arylation 439 Aryldiazonium (sels d’-) 402.à partir d’alkylhydrazines 403 .par couplage des chlorures d’acides 352 . 672.avec les bisulfures et les thiolates alcalins 365 . acylation 436. 755 β-halo cétones 386 β-halogéno cétones 478 β-hydroxy amines 344 β-hydroxy esters 600 β-hydroxy éthers 327 β-hydroxy sulfones 768 Binaphtyle 440 Biosynthèse du cholestérol 467 Biphényle 82. 696 p-benzoquinone 669. 506 Butadiène 147. 696.substitution nucléophiles aromatiques 414-421 formation de phénates et de benzonitrile 415.substitutions électrophiles aromatiques 422-454.1heptane 612 3-bromopropyne 601 N-bromosuccinimide 384. 582 Benzonitrile 36 p-benzophénone 540. 584. généralités 422-427.formations d’iodo. 680. 702 Benzènesulfonamide 37 Benzidine 788 Benzile 352. aminoalkylation 450. 346 n-butyllithium 240. couplage avec les sels de diazonium 446. 416 (voir aussi sels de diazonium) Benzofurane 622 Benzoïnes 344.chloration radicalaire du toluène 227 . 434. 572 Beckmann (réarrangement de -) 758 . décarboxylation des acides aromatiques 452. 579 . 664 Bromures d’alkyles 332. 397 β-céto nitriles 389 β-céto esters 568. 432. 433.avec le carbène « méthylène » 252 .à partir du cyclohexène 697 réactions : . 637.équation de Hammet (notions générales) 169 formations : .3-diène 505.à partir du cyclohexane 649 .positions ortho. 539.723 de Broglie 770 von Braun (réaction de -) 343. 772 Butatriène 632 Butanol 31 i-butanol 31 t-butanol 31 t-butoxycarbonylazide 346 t-butoxycarbonyle (groupe-). 338 Brønsted (théorie de – des acides et des bases) 285 Brosylates 292 Brucine 86 Bullvalène 784 Buna N 471 Bunte (sel de -) 366 Buta-1. méta.moment dipolaire 130 . formylations 440-445.substitution par le radical phényle 223 . 700.chloration et bromation radicalaires 226 .intramoléculaire 580 Caractère basique d’une fonction 183 Caractère nucléophile d’une fonction 183 .radical phényle à partir de l’AIBN 215 . 433.2-bornane sultame (copule chirale) 120 Bornéol 124 Borohydrure de sodium 525. 384. 167 . 350 Boord (réaction de -) 633 Borane 494. 491. haloalkylation 445. 681 Benzothiazole 787 Benzotriazole 448 Benzylidènemalonate d’éthyle 574 Benzyne 418. 507 Benzyloxycarbonyle (groupe -) 346 Bétaïnes 584. 382. 643 Bromation 221.croisée 566. 455 Bromation radicalaire 226 1-bromo-bicyclo[2. carboxylations 438. sulfonation 428. 598 Butyrophénone 720 C Cahn (convention R et S) 77 Camphre 86 Cannizzaro (réaction de-) 578. de sels de benzodiazonium (ion arènium) 416 .réarrangement dit anormal de 760 .760 Benzène et dérivés . nitration 427. 514. alkylation 434.réductions 490. 575. réarrangement de Fries 453 .803 Index Barrières de potentiel 53 Bateau (conformation -) 60 Bateau-croisé (conformation -) 60 Bateau-flexible (conformation -) 60 β-azido alcools 369 E-céto acides 362. 569 β-céto esters cycliques 570 β-chloro éthers 476 β-D-glucose 113 E-dicétones 398.oxydations 657-660 .et fluorobenzène 408 . arylation 439. halogénation 431. 596. carboxylation des phénates 451.dégradation de . hydroxyméthylation 449. 381.2-dione 419 Benzodiazonium (sel de -) 36. 727. .effet inducteur –I du groupe phényle 136 . 693 Bouveault et Blanc (méthode de réduction de -) 722.énergie de résonance 165 . 351 Biphénylène 419 Biradical ou diradical 237 Birch (réduction de -) 237. 703 Bis(chlorométhyléther) 445 Bis(picolinato)fer(II) 649 Bis(trifluoroacétates) d’arylthallium 408 Bis(triméthylsilyl)amidure de sodium 341 Bis(triméthylsilyl)amidure de lithium 578 E-lactones 330. 634.aromaticité 160. 711 .orientations des réactions de substitutions électrophiles sur un benzène monosubstitué 167 . para 29 .2. 525. 749 Benzilique (réarrangement -) 749 Benzocyclobutène-1. 731 10. cyclopentadiènyle 165 . 306.aryldiazonium 446 .à partir d’un organomagnésien et d’un orthoformiate 374 .pseudo-asymétrique 96 .allyliques.β-insaturées) 386.cyclopropènyle 162.à partir de thioesters et de réactif de Gilman 375 . 677 Céto alcools 708 β-céto acides 397 Cétol 560 Cétolisation 561.1. 639 Carbonyle (groupe -) 33 Carbonyle imine 501 Carboxylations par le phosgène 438 Carboxyle (groupe -) 34 Carvone 74 Catalyse 277 .allylique 145. 379 stabilité : 241 structures : 244 réactions : 245. 435. 189.N’-carbonyldiimidazole 323.à partir d’un chlorure d’acide et d’un organomagnésien.12 .propyle 401 . 572.1.décarboxylation de β-céto acides 396 . 189 .dans la réaction de Friedel et Crafts 438 .t-butyle148 . 487 . 243 .acylium 438 .nucléophile 313 . 655 .à partir d’esters ou d’amides tertiaires et d’organolithiens 375 . 332.à partir d’acide et d’ester d’énol 337 .configuration électronique 10 . 731 Cétènes . « sp »17 . 237 formations : 186. 613 structure : 187 stabilité : 188 formations : 190 réactions : 197 Carbocation(s) .par hydratation des alcynes 470 . 676.anomérique 107. 478.par ozonolyse des alcènes tri ou tétrasubstitués 504.2-triphényléthyle 246 Carbazole 259. 242 . d’un organocuivreux.acide ou basique spécifique 279 .oxydation des alcools secondaires 660-667. 303. 605 .1-triphényléthyle 246 .acétylure 576 .trigonal 15 Chimie organique . 307 . 593 Carbone .benzyliques 189 .tétrahèdral 14 .benzylique 243 . 237.par transfert de phase (CTP) 281.à partir d’un organomagnésien et d’un nitrile 595 .à partir d’hydroperoxydes 761 . « sp2 »15.acide ou basique générale 280 .asymétrique ou carbone chiral 70 .liaisons covalentes et liaisons ioniques 4. 317. 153. 462. 353 Carbanions .homogène 278 .états singulet et triplet 247 formations : 247 réactivité et stabilité : 249 .804 Caractérisation des sucres 556 Carbamates 347 Carbanions 4.synthèse de Meyers 360 . d’un réactif de Gilman 372 . 12. 648 . 277 Catéchol 31.à partir d’amines primaires 677 .hybridations des orbitales des carbones 18 .orbitales hybridées « sp3 » 13. 154.avec le méthanal (γ-lactone) 330 . 669.tropylium 189 Carbodiimides 18 (voir aussi dicyclocarbodiimide DCC) Carbonates 322. 367 Catalyseurs 182. 306. 310.hétérogène 278 .cyclopentadiènyle 162.mercaptométhyle 189 . 306 .« méthylène » 250 Carbènoïdes 249 Carbocations ou ions carbonium 187. 311. 670 Cations .aminométhyle 189 . 622 Carbènes 247.électronégativité selon l’hybridation 132 Carbone . 304. 479 .cyclopropènyle165 t .à partir de trivinylboranes 702 réactions .trichlorométhyle 247.formation à partir de chlorures d’acides 624 .par hydrolyse de gem-dihalogénures 314 .par acylation du benzène ou de ses dérivés (cétones aromatiques) 436 .1.avec les halogénures d’hydrogène 469 .par acylation de méthylène ou méthyne activé 361 .dans le réarrangement de Wolff (homologation d’acides) 753 . 205.hydroxyméthyle 189 . 334.cyclobutylméthyle 202 . 560. 145. 562 Cétones nomenclature : 34 formations : .par action du phosgène sur le benzène ou ses dérivés (cétones aromatiques) 438 .dans la réaction de Wittig 587 Cétimines 599.par réarrangement de Fries 453 .1.dans la formation du carbène »méthylène » 249 .dégré d’oxydation du carbone 647 .acylium 191.hydroxyméthyle 445 Cationotropiques (réarrangements -) 747 Centre chiral 71 Centre de symétrie moléculaire 66 Centres nucléophiles ou sites nucléophiles 183 Centres ou sites électrophiles 185 Cétals (voir aussi cétones) 373.acylation d’alcènes (cétones α.généralités 519 . 534 N. réduction en alcools et en aldéhydes 729 . 225.de benzoyle 352 .vinyliques 542 Chlorures d’acides formations : . 406. en alcools 711 (règle de Prélog (718) . 755 .alkylation en α du groupe carbonyle 357 .formation de cétènes 624 .sulfonation en α du groupe carbonyle 385 . réarrangement de Neber) 756 Cétyle 696.halogénation 384 . 594 .β-insaturées) 485 .(voir réactions d’addition sur le groupe carbonyle 519-600) .réduction en alcools 728 . 791 Chloranile (voir 2. 719.3.4-benzoquinone) Chlorations 221. 306. par AlLiH4 694. 752 . 673.avec les alcools 321.E-acétylèniques 656 (par décarboxylation oxydative de gem-diacides 687) .805 Index .de méthylène (voir dichlorométhane) .réductions du groupe carbonyle en méthylène 706-710.d’oxalyle 336.cycliques 672.à partir des acides 335 . 664 N-chlorosuccinimide-diméthyl-sulfure 664 Chlorosulfite d’alkyle 310 Chlorures (voir aussi halogénures) . 744 5D-cholestane 105 5E-cholestane 106 Cholestérol 104 Chugaev (réaction de -) 629 . 323. 654. 413.à partir des aldéhydes 383 .des organomagnésiens 395 . en alcènes (719) . 347 . 433 Chlorhydrates d’iminochlorures 741 Chlorhydrates d’iminoéthers 554 Chlorhydrines 321 N-chlorimines 643.cyanation en α 389 .formation d’amides (cétones non énolisables) 399 .avec le diazométhane 753 . 429 .de sulfonyle 343.réaction de Michaël (cétones α.avec l’hydroxylamine et les acides hydroxamiques 347 et 263.avec les amines 345-346 .2-diols (718). 477 .6-tétrachloro-1.action d’halogénures d’hydrogène sur les cétènes 469 réactions : . 722. 639 Chloroformiates 310. en dicétones 674-675 .acylation des méthylènes et méthynes activés 361 .D.avec l’acide sulfhydrique 365 . 63 Chapman (réarrangement de -) 792 Charge partielle 129 Chauvin (réaction de métathèse des oléfines) 796 Chélétropique 638 Chimiosélectif 524 Chimiosélectivité 691 Chiral (centre -) ou stéréocentre 71 Chiralité 81 .de méthyle 220 .réaction de Willgerodt 720 Cétones .homologation 755 .5. 220.D-halogénée (réarrangements de Favorskii et quasi-Favorskii) 750 .avec le cyanure cuivreux 368 .réductions par hydrogénation catalytique 692. 328 et thiols 375 .α-hydroxy 598.sur l’oxyde d’éthylène ou oxirane 339 .oxydations en acides (672) en esters (672) en phénols (cétones aromatiques) 674. 533. les acylhydrazines.de sulfuryle 384. 383.E-insaturées 592.D.des cycloalcanes disubstitués 101 Chloral 528. 342 Chloroformiate de benzyle 346 Chloroformiate de trichlo-rométhyle 347. 220. 662 . (tosylates. 544 N-chloramines 235. 706. 317 .de vinyle 468 . 793 1-chloroapocamphane 305 Chlorobenzène 181 Chloroforme 181. par le diborane 695 .action d’un hydroxyde alcalin 300 . . 361 Chlorométhyl 2méthoxyéth-yléther 321 Chlorométhyl méthyléther 321 Chlorométhylméthyléther 445 o-chlorotoluène 430 N-chlorosuccinimide 222. phénols. 439. 433. 362 .acylation en α des cétones aliphatiques 361 .avec les amides primaires 348 .couplage des chlorures d’acides 35 Chlorures de carbamoyles 438 Chlorures de sulfonyles 315.avec les organocadmiens et organozinciques 373 .avec les composés organocuivreux et les réactifs de Gilman 372 .avec les sels d’acides 335. 672.avec l’hydrazine. 725 Cétoximes 677. 723 Chaîne carbonée 40 Chaîne polyènique conjuguée (migration d’hydrogène) 778 Chaise et chaise inversée (conformations du cyclohexane) 60. 235. 413 .réduction en alcools par hydroboration 695 .hydrolyse en acide 314.halogénation en α et réaction haloforme 381-383 .de nitrosyle 403. 347. 314. 226. 673.formation d’éthers d’énols silylés 389 . 411. 322. 384.couplage en α avec des sels de diazonium 387 .alkylation ou acylation en α via une ènamine 390 .réduction bimoléculaire en 1. 661.avec les organomagnésiens 371. plan « moyen » ou équatorial 61 . 56. 786 .3-disubstitué (chiralité) 103 .des cycloalcanes 57 Conformères (voir stéréoisomères configurationnels) Conrotatoires (mouvements -) 775 Contraction de cycles 201. 302 Condensation (définition) 542 Condensation benzoïnique 559. 58.anti-périplanaires 55. 569 .tension de cycle. 786 . 758 Cyanates 370 Cyanation d’un méthylène activé 389 Cyanhydrines 344.oxydation 648 .comme réactions secondaires 356.4-disubstitué (chiralité) 103 .3-dione-1. 618 . 422 Coprostane 104 Cope (réaction de-) 618. 649 Cyclohexanone 565. 782. 81 . (voir aussi inversion de Walden) 79.obliques 54 .788 .para. 697 Cyclohexylamine 357 Cyclohexylbenzène 658 Cyclooctane 27 Cyclooctatétraène 165 Cyclopenta-1. 582 Configuration 65. 59. 362 . 497 . 539. 80 . 541 Cyanoacétates 483 Cyanoamine 343 Cyanoborohydrure de sodium 710 Cyanotriméthylsilane 368.[4 + 2] réaction de Diels-Alder 505 Cycloadduit 505 cycloalcanes 27. 357 .oxy.806 Ciné substitution 420 Cis 55 Cisoïde 55 Claisen (réaction de -) 567.[2 + 2] 584 .778. 81 . 649.réarrangement de .substituants axiaux et équatoriaux 61 .3-diène 506. 512 Cyclopentane 27.relative 80 .[2 + 3]. 408. 748 Chimie organique . 514.conformations 59 .trans-diaxales 609 . 620.rétro 398.. cas particulier de l’ozone (et ozonolyse) 497 . 703 Cyclohexadiène 426.synclinales.785. 496. 58 .croisée 569 . 608. 649.α et β des substi-tuants (dans les stéroïdes) 105 Conformations 53.réarrangement de .substituants en positions cis ou trans 63 . et anticlinales 55 . 619.entre esters et cétones ou nitriles 571 .gauches (ou décalées) 55 . 58.double réaction dans la formation de composés cycliques 570 . 377. 316.1. 505. 751 Contre-ion 190 Contrôle cinétique ou thermo-dynamique d’une réaction 276. 540.réarrangement thio . 102 Cycloheptane 27 Cycloheptatriène 252 Cyclohexa-1. 59 Cyclopentane-2.1.hydrogénolyse 697 Cyclohexanol 648.784 Copule chirale 120 Corey (réactif de -) 661 Corey-Winter (réaction de-) 638 Coumarine 622 Couplages oxydatifs ( voir aussi aux fonctions concernées) 246 .de molécules de structure ZCH2Z avec Z électroattracteur 684 Couplage radicalaire 218 Cram (modèle de -) 715 Crotonisation 560 Cryptand (t)s 284 Cryptates 284 CTP liquide-liquide 283 CTP-solide-liquide 284 Cumène (isopropylbenzène) 659 Cumulènes 632 Cuprates 375 Curtius (réarrangement de -) 261. 203. 702 Cyclohexane 27 .4-diène 491.4di-carboxylate d’éthyle 570 Cyclopropanation par les carbènes et addition des nitrènes sur une double liaison 496 .pseudo-éclipsées 55 .rétention de – 80. organolithiens …) Composés aromatiques carbonés 28 composés aromatiques hétérocycliques 29 Composés polyfonctionnels (nomenclature) 37 Concerté (mécanisme) 298. 628 . 564 Clemmensen (réaction de -) 706 CLOA (combinaison linéaire des orbitales atomiques ) 771 Coenzyme NADH 716 Collins 661 Comforth (réactif de -) 661 Combinaisons bisulfitiques 538 Complexe activé 275 Complexe S 472 Composés carbonylés 33 Composés dièniques 505 Composés organométalliques (voir aussi organomagnésiens. 672 Cyclohexène 490.inversion de .ou aza-Cope 788 . 648.1.absolue R ou S 77 .Schmidt (réaction de -) 563. 264.éclipsées 54 . 575.2-disubstitué (chiralité) 102 .syn-périplanaires 55. 650 Cycloalcynes 682 Cyclobutadiène 165 Cyclobutane 27.réarrangement d’amino. 608 . 540 Cyanure de vinyle 471 Cycle halonium (ou halogénium) 474 Cycloadditions 267. 339.(réarrangement de -) 786 . dans l’action de l’acide nitreux sur les amides 318 .2-diacylhydrazines 558 Dialkylborane 494 Dialkyléthers 338 1.514 . 248 Dieckmann (réaction de-) 362. 605 2. 701 . 389. 401 Diazoacétate d’éthyle 401 Diazoalcanes 248.hydrogènes 116 .4-dicétones 675 Dichlorocarbène 247. 401 Cyclopropanone 750 Cystéine 683 Cystine 683 D Dakin (réaction d’oxydation de -) 673 Dammaradiènol 467 Darzens (réaction de -) 399.3-dicétones 706 1.formes limites 754 . 726 1.réaction avec un carbène 250 . 655. 672 (voir au nom du diacide : malonique. 250 Diazocétones 753. 452 .et α. 708. 564.2-diarylalcènes 654 Diarylamines 340 N. 674.1-dialkylhydrazines 642 Dialkylhydroxylamine 678 2. 336.0]non-5-ène (DBN) 610.4.auto .515 .6-dicyano-1. 342. 570.d’acides 396.2-dicyanéthylène 507 Dicyclohexylcarbodiimide (DCC) 36. 754 .réaction d’homologation des aldéhydes et cétones 755 Diazonium (sels de -) . 345. .0]un-dec-7-ène) Décalines cis et trans 104 Décarboxylations 246. 675 Délocalisation des électrons (voir effet mésomère) Demjanov (réarrangement de -) 197. 632 Diènophiles 505 Diéthylènediamine 363 Diéthylèneglycol 709 Diéthyléther 181.5-diazabicyclo[4. 624 631 Dihalogénocarbènes 442 Dihalogénures 355.2-diols 651 o-dihydroxyphénol 669 N.5-diazabicyclo[4.couplage avec les amines aromatiques et les phénates 446. 314.groupes 117 1. 468.0]non-5-ène) DBU (voir 1.dans la formation du carbène « méthylène » 248 . 749 Déshydrogénases 716 Désoxy (sucres) 113 Désulfuration (réaction de -) 621 DET (voir (+) ou (-) tartrates d’éthyles) 652 Déthiophéner (benzène) 430 Dewar (benzène de -) 161 Dextrogyre (d) (énantiomère -) 76 Diacides 337.8-diazabicyclo[5. 339 Dihydroxybenzènes 668 Dihydroxylation en 1.avec les alcools (éthers méthylés ) 326 .2-diamines 344 p-diaminobenzène 670 Diastéréoisomères (couple de -) 89.6-dicyanobenzo-quinone (DQQ) 721 cis-1.formules limites du cation aryldiazonium 402 . 696 Diéthylphosphates d’aryles 418 Diéthylsulfone 37 Diglyme 725.1-diacylaminonitrènes 257 1. 725 1. 754 (réarrangement de Wolff) Diazoéthane 36 Diazométhane .5-diènes (réarrangement de Cope) 782 Diels-Alder (réaction de -) 419. 459.807 Index Cyclopropane 27. 682.3-dichloro-5. 388. 452 . 357.formation à partir des amines primaires 401 . 736 Dihalogénoalcanes (gem. 101.pour l’activation des groupes amino dans les substitutions nucléophiles 293 DIBAL (voir hydrure de diisobutylaluminium) Diborane 694.3. 253. 730. 328. 202.α’.515 Diènes conjugués 460. 623. 117.décomposition avec formation de carbocations 196 . 699.homo. 65.3-diaminophénazine 681 1.β-dibromocétones (réarrangements des -) 752 D-dicétones 352. 588. 642 Diazo (composés -) 337.3. 367. 623 1.réactivité selon les fonctions 695 α.oxydative des acides 685 Décomposition des tosylates 624 Dégradation rétro-diènique 514 Degré d’oxydation 646 Delépine (réaction de -) 341. 325.4benzoquinone 649 2.couplage avec des composés à méthylène ou méthyne activé 386 .avec les acides (esters méthylés) 337 . 577 Davison 770 DBN (voir 1. 673. 490.4-dicétones 674 1.1-diacylhydrazines 257 1.rétro.d’anions carboxylates 234 .ou vic-) 434. 711 Diisopropylamidure de lithium (LDA) 238. 220.N-diarylamides 792 Diaryldiazènes 405 Diarylsulfures 417 1.4.3-dichloro-5. 505. 662 Dicyclohexylurée (DCU) 325 Dicyclopentadiène 515 Dichlorométhane 181. 729. 58.8-diazabicyclo[5. 598. 462 Diastéréosélective (réaction -) 122 Diastéréotopiques .0]un-dec-7ène (ou DBU) 334. 3343. 611 . succinique…) 1. 59.N-diimidazolylthiocétone 638 Diimides 259.avec les chlorures d’acides et la synthèse d’acide 753. 359. 584. 505.448 . 3-diène 506 N.accepteur ou électroattracteur (–I ) 133.6-diméthylcyclohexa-1.condensation d’une amine secondaire et d’un aldéhyde ou cétone énolisable 546 réactions : .définition. résonance . 733 .et 1.de type 2 500 DIPT (voir (+) ou (-)-tartrates d’isopropyle) Diradical 237. 294.alkylation ou acylation des cétones et aldéhydes 390-393 . 535 Dioxydes de thiiranes 637 Diperoxyde 503 Diphénols 669 Diphénylamine 681 Diphényline 789 1. 357 Diméthylamine 33 4-N. 302. 655. formes limites ou canoniques 144 .3-dipolaires ou dipoles-1. 498.1. 609 Eliminations nucléophiles 246 Enamines . 733 . mésomérie. 693 1.2-divinylcyclopropane (réarrangement de Cope) 784 Doebner (réaction de -) 574 Doubles liaisons conjuguées DMAP (voir 4-N.1-diméthylhydrazine 556 Diméthylsulfoxyde (DMSO) 37. 621 Dismutation 217.3 267.de type 1 499 .transmission à travers une chaîne carbonée 139 .bimoléculaires E2 607 . 444 1. 357. 350.3 606 Eliminations syn et anti 608.réactions d’extrusion 607. 652 Energie de délocalisation (voir énergie de résonance) Energie de dissociation DHq 209 Energie de résonance 157. 683.groupes électroattracteurs (effet – M) 153 . 667.3diène 769 Diméthyléther de l’éthylène glycol 393 Diméthylformamide (DMF) 180. 193 Dithioester 36 Ditosylate 293 Divinylacétylène 469 1. 134 .)185 Elbs (oxydation de -) 669 Eliminations (réactions d’-) 603 .1. 350.4-dinitrophénylhydrazine 556 2. 73 Enantiosélective (réaction -) 120 Enantiotopiques (faces Si et Ré) 115 Enantiotopiques (groupes) 115 Enantiotopiques (hydrogènes) 115 Enders (procédé SAMP d’-) 358 Endo 510 Ene.action sur les hydrogènes en α 142 Effet mésomère. 357. 574.donneur ou électrodonneur (+I) 133.E1cB 616 .atomes ou groupes électrodonneurs (effet + M) 150 Electrophiles (réactifs.diméthylaniline 331 cis-5.1-diphényléthène 622 1.par pyrolyse 618 (avec état de transition cyclique 618) (élimination radicalaire 620) .synthèse 515. 620 D-éliminations ou éliminations-1.4-dioxane 181.additivité des effets 141 . 367. 584. 165 .4-dinitrophénylhydrazones 559.E2C 618 .5. 326. 302. 743 1.3-dioxolanes 326. 150 Effet inducteur (ou inductif) 133 . 662.généralités 605 .mésomérie 150 formations : . 136 .géminés 527 . 368. 600.2 (glycols) 300.2 605 J-éliminations ou éliminations-1. 675 Diméthylsulfoxyde-chlorure d’oxalyle 679 Diméthylsulfure 4942.4-.N-diméthylaminopyridine (DMAP) 638 4-(N. 180.monomoléculaires E1 613 . 502 Dipoles d’une liaison 131 Composés 1.N. 319.N-diméthylaminopyridine) DMF (voir diméthylformamide) DMSO (voir diméthylsulfoxyde Duff (réaction de -) 443 E E et Z (nomenclature des isomères géométriques plans -) 46 Échange hydrogènedeutérium (D) ou tritium (T) 380 Echange métal-halogène 596 Effet de champ 143 Effet électrodonneur 133.1.6-diols 326 1.hydrolyse 531 .1-diphénylhydrazine (voir hydrazobenzène) Diphénylméthane 445.3-diméthylbuta-1.2-diméthoxyéthane 294.réarrangement en imines de Claisen ou aza-Cope 788 Enantiomères (couple d’-) 70.N-diméthylamino)pyridine 333 2. 655. 719. 320. 579 Chimie organique Disproportionation (voir dismutation) Disrotatoires (mouvements -) 775 Disulfure de diphényle 37 Disulfures 413. 1.1 605 E-éliminations ou éliminations-1. 684 Diphénylpycrylhydrazyle 213 Dipolarophiles (composés -) 267.3-dithiane 360 Dithioacétal 536 Dithioacides 36.3 581.dans l’oxydation d’amines tertiaires 678 . 663. 498 .influence sur les acides et les bases 137 . 486. 301. 709 Diols 638 .808 1.3-dioxane 535 1. 599. 151. 584 Ethanolamine 345 Ethers ou éthers-oxydes 731 formations : . 673 .d’acides inorganiques 330 . BAC1.effet inducteur. 297 .cyclique 769 Etat singulet 247 Etat triplet 247 Ethanal (ou acétaldéhyde) 117.action des chlorures d’acides sur les alcools 321 . 601 Ester glycidique 577 Estérification 327 Esters carboxyliques nomenclature : 35 formations : .β-insaturés 565 .γ.des alcènes 493. 558 . et Claisen croisé 567-569 . les amines primaires et secondaires 543.péricyclique 778 .sulfoniques 323 Esters inorganiques 330 Estradiol 104 Etard (réaction de-) 658 Etat de transition ou état transitoire 275. de DCC (325).réductions 732 Equilibres tautomères .du l’anion acétylure 364 .α-formyl 569 .3-époxy alcools 652 Epoxydes (ou oxiranes) formations : .à partir de cétones par oxydation (Baeyer-Villiger) 672 . 470.condensation en acyloïnes 725 .hydrolyse des iminoéthers 537 .dans la chlorométhylation des esters phénoliques 445 .réarrangement de Fries des esters phénoliques 453 .avec un carbonate.β-cétoniques 591. 483 .des alcools allyliques 652 2.avec les cétones et nitriles ayant CαH2 571 . 395 . 349. 601 .phénoliques 328.à partir de chlorhydrines 321.avec le bisulfure de sodium 365 . rétro-Claisen.d’acides sulfoniques 624 .céto-énolique 42.par oxydation d’un hémiacétal 668 réactions : . 375. 606 . 275 Enolates 379 Enophiles 515 Entité intermédiaire de Wheland 422 Entités réactives 175 Epimères (couple d’-) 99 Epimérisation 100 Episulfones 637 Epoxyalcools 733 Epoxydation .d’énols 337.pyrolyse 628 . 302.809 Index Energie libre d’activation 274. AAC2.avec les organomagnésiens et organolithiens 593. 333 .réduction en deux alcools 722. 349.hydroxy 334 .transestérification 330.avec le chlorure de thionyle 338 .esters α-halogénés dans la formation d’esters glycidiques (Darzens) 577 et dans celle d’α-hydroxy esters (Reformatsky) 600 .dans la synthèse des esters glycidiques 577 réactions : . en aldéhydes 723.époxydation des alcools allyliques 652 . 544 Ethanol 31. 527. 154 .à partir d’alcènes et de peracide 650 .et δ-amino 349 .des réactifs nucléophiles 299 . l’hydrate d’hydrazine 349.action des anhydrides d’acides sur les alcools 333 .avec les alcools et alcoolates 326 .avec la triphénylphosphine 634 .avec l’ammoniac. 553.à partir d’aldéhydes énolisables. AAL2. AAL1. mésomérie et caractère électroattracteur du groupe alkoxycarbonyle 135. 453 .avec l’acide cyanhydrique 338 . 100.avec les organomagnésiens et organocuprates 374 . BAC2.avec un acide 337 . en éthers 725 Esters .ènamine-imine 547 Erythro (forme) 98 Eschenmoser (sel d’-) 551 Ester α-halogéné 600 Ester β-cétonique 572.hydrolyse (mécanismes AAC1.acétoacétiques 356 .intramoléculaire d’un diester (Dieckmann) 567 .oxydation 663 .à partir d’éthers par oxydation 685 .addition d’acide sur les alcynes 471 .conversion en alcènes 634 .dans l’homologation des aldéhydes et cétones 755 .dans l’acylation (avec AlCl3) du benzène 438 .dans l’acylation radicaire des alcènes 487 .avec les chlorures d’acides 339 .action des halogénures sur un carboxylate 334 .des acides inorganiques 317 .estérification des acides 327-330 .avec l’ammoniac et les amines 344.glycidiques 578 . et aromatiques 580 . 300 . 300 . un formiate ou un ester d’acide aromatique 569 .avec les acides halohydriques 338 .hydrolyse en milieu acide et neutre (ou basique) 319 .α.α-halogénés 578. BAL1 et BAL2) et saponification 315 . 601 .avec un aldéhyde ou une cétone 565 .avec une autre molécule d’ester (Claisen).cyanacétiques 357 .avec l’hydroxylamine 263.à partir d’alcools et d’acide sulfurique (323). du diazométhane (éthers méthylés) 325 .amide-iminoalcool 42 . 650 . 650. 291.cas général 94 Fluoration 221.à partir d’alcènes par oxymercuration-démercuration dans un alcool 481 . 436. 355 Gatterman (réaction de -) 440. 113. 384.Bauer (réaction de -) 399 Haloalkylation (réaction de Blanc-Quelet) 445 N-haloamines 221. 433.pour les acides α-aminés et les acides α-alcools 93 .coordination avec les organomagnésiens 589 .ouverture d’aziridines par les alcools en milieu acide (β-amino éthers) 327 .par réduction des esters 725 .thréo 99.propargyliques d’énols (réarrangement de Cope) 788 . 362 Formules . 725 . 292. 385. 505.éthers d’énols silylés 389 . 399 Halogénations (voir chaque fonction) Halogéno amines.de phénols (réarrangement de Claisen) 785 .méso 95 . 441 . 671. 551. 655 α-D-glucose et α-L-glucose 112.d’énols (réarrangement de Claisen) 785 . 166. 752 Chimie organique Fehling (liqueur de -) 669.méthylés 325 . 284.brute 24 .vinyliques 150.β-dibromés et α-chlorés 633 . 704 Furanoses 107 G gem-diacétates 687 gem-dichlorures 542 gem-dihalogénés 394 gem-dihalogénures 314.Koch (réaction de -) 440 Gaudemar (réaction de -) 601 Géminal 30 Germer 770 Germane 72 Gilman (réactif de -. 436. 162.carbènes 255.addition d’acides halohydriques sur les alcènes ioniques (Markownikov) et sur les alcynes (dihalogénures) 461-469 . 306. 407 Grovenstein-Zimmerman (réarrangement de -) 246 Grubbs (réaction de métathèse des oléfines) 796 H Haller.2-diols) Glyoxal 582. 455 Fluorure de perchloryle 408 Fluorures d’alkyles 332.allyliques 639 . 464 . 430. (réarrangement. séries D et L) . 672 Felkin (modèle de -) 714 Fischer (projections de – et convention de -. des éthers benzyliques 692 Ethers . 385. 567. 411 N-haloamides 407 Haloforme (réaction) 382. 465 Formes singulet et triplet . 373.réarrangement de Smiles 768 . 401 Ethylène ou éthène 460. 750.de benzoxazole (réarrangement para-Claisen) 787 . 321.développée 25 Formylations 440 Fragmentation de Beckmann 640 Friedel et Crafts (réaction de -) 191.α. 406.pour les sucres 91.réduction 731. voir aussi chloramines.action des organomagnésiens sur les cétals ou acétals 374 réactions .nitrènes Formes limites ou canoniques (voir effet mésomère) Formes tautomères 42 (voir aussi tautoméries) Formiates 35. 386.par réaction des alcoolates (ou alkoxydes) et phénates sur les halogénures (Willianson) 320 . 634 Etherate de trifluorure de bore 286 Ethers-couronnes 281.réarrangement en alcool de Wittig 762 .810 . 478 Frémy (sel de -) 669 Fries (réarrangement de -) 453 Furane 29. 350.oxydation en esters 685 . 772 Ethylèneglycol 724 Ethyne (voir acétylène) Exo 510 F Faces énantiotopiques Si et Ré d’un plan 115 Favorskii (réaction de . 372. 478 Halogénure d’acide α-halogéné 384 Halogénures d’alkyles et d’aralkyles nomenclature :30 formations : . 590 Formamide 587 593 Formamides N. 321. 572. 366 Grignard (réactions des organomagnésiens de -) Groupe partants ou sortants 186. 408 Fluorures d’aryles 408 Fonctions (ordre de priorité en nomenclature) 37 Fonctions thiocarbonylées 35 Formaldéhyde ou méthanal 544. 434. 651. 190.comme base de Lewis 286 . 460 Gabriel (synthèse de-) 341.) 246.cycliques 338. 791) Halogénoalcènes 624α-halogéno cétone 750 Halogénures d’acides (voir aussi chlorures d’acides) 314. 109 .avec les bromure et iodure d’hydrogène 338 .N-disubstitués 342 Forme érythro (stéréoisomères) 98. 396. 256 . organocuprates de lithium)) 372 Glutarate d’éthyle 570 Glycidate de t-butyle 578 Glycinate d’éthyle 401 Glycols (voir 1. avec un organomagnésien aromatique (Wurtz-Grignard) 352 . 613.oxydation 675 .dans le mécanisme SRN1 417 .340 . 758 .γ-hydroxy 606 .d’alkylation du benzène ou de ses dérivés. 623. 371.de formation des nitriles 367. de thioéthers et de sels de sulfonium 365.couplage (réaction de Wurtz) 218. 472-475 ou d’alcynes (di et tétrahalogénurres) .avec un halogénure d’alkyle en présence de sodium (Wurtz-Fittig) 352 . 618-20 .synthèse d’. 441 Hofmann . 531 .halogénation d’alcènes 225.oléfines d’.dans la formation d’alcanes 407 et d’autres halogénures 408 .avec des alcoolates (ou alkoxydes) et des phénates 320 .dans le mécanisme SET (Single Electron Transfer) 236 .d’élimination 605.chloration et bromation du benzène sous uv 226. de cétones.π-excédentaires 224 Hétérolyse 186. d’aldéhydes ou de nitriles 357 .4-diène 506 Hexa-2.à partir de sels de diazonium 416 réactions : . 549 .déficitaires 224 .(règle d’-) 612. 319 Hinsberg (méthode de -) 343 Histidine 717 HMPA 334 HMPT (voir hexaméthylphosphorotriamide) HMTA (voir hexaméthylènetétramine) Hoesch ou Houben-Hoesch (réaction de -) 440. 392 .612.625 . sels d’acides sulfiniques et sulfoniques 367 .d’alkylation des énamines 390 .de formation des composés organométalliques 370-374.de formation du benzyne et des arynes 418 .vinyliques 351. 443.dans l’alkylation des alcènes (Friedel et Crafts) 478 . 544.de substitution nucléophile par une amine 415 .synthèse malonique 353 .(sels d’-) 549 Hémimercaptal 536 Hémithioacétal 536 Hétéroaryles (groupes -) 30 Hétérocumulènes 503 Hétérocycles aromatiques 29. 303 trans.d’alkylation d’esters. PCl3. des carboxylates 358-359 .de formations de thiols 365. de sels de Bunte 366.actions de SOCl2. 619.dans la formation des carbènes 247-249 . 371.π.déshydrohalogénation (en alcènes) 623 .261. 332 . 546.d’alkylation de carbones activés par des hétéroéléments 359 .373. cétones.action d’acides halohydriques sur les alcools tertiaires et secondaires 194.action du sodium sur le chlorure de trityle 240 . PCl5 ou POCl3 sur les alcools 332 .d’alkylation des acétoacétates 356. via une sulfonation 430 . 196 .réaction de. 371.Löffler-Freitag (réarrangement de . 675 . 596 . les anions cyanate et thiocyanates 370 .1.de trityle 320 .1-trihalogénures) 314 .effet inducteur électroattracteur -I des groupes halogénés 135 . des hétérocycles aromatiques 434 . 675 Hexaméthylphosphotriamide (ou HMPT) 314.811 Index .d’allyles 364.d’alkylation des méthylènes et méthynes activés 353-361 . 667 Hémiaminals 544. 351 .373 Halohydrines 339 Hansley (modification de -) 723 Haworth (représentation des sucres en perspective de -) 107 . 433 .addition radicalaire du bromure d’hydrogène sur un alcène (effet Kharasch) 227-230.de Delépine 341. 625 . 486 . 742.de formation de sels d’ammonium quaternaires 340 . les nitrites alcalins 369. 533.dans la formation de carbocations 190-191. 373.dans la formation d’ylures 269 . 380 .déshalogénation de dihalogénures vicinaux ou géminés 631 .hydrolyse en alcool.438 Heisenberg (mésomérie) 146 Hell-Volhard-Zelinsky (méthode de -) 383 Hémiacétals 194. 627 .par la réaction haloforme 399 réactions : .de substitution électrophile aromatique 422 Halogénures . 380 . de sels de S-alkylisothiouronium 366.élimination d’.réaction d’élimination d’407 626. 380 .propargyliques 364.) 791 . 616 .4-diène 774 Hexaméthyldisilazane 390 Hexaméthylènetétramine (HMTA) 341. aldéhyde (gem-dihalogénures) ou acide (1. trans-hexa-2.halogénation des alcanes sous uv 219 .d’alkylation d’un alcyne terminal 363 .avec l’ammoniac et les amines 339-342 .réductions 733 Halogénures d’aryles formations .de substitution nucléophile aromatique via un aryne 418-421 .avec un organomagnésien ou un organolithien 395 .avec les azides alcalins 368.réarrangement d’.benzyliques 364.dans la formation du n-butyllithium 240. 189.réductions 739 . 348. 720 Hydroxyazobenzène 794 α-hydroxyamines 529 Hydroxycarbonylation 479 Hydroxyde d’ammonium quaternaire 626 Hydroxylamine 263.dans la synthèse de Strecker des amino acides 545 . 333. 732 Hydrures métalliques 524 Hyperconjugaison 158. 616 Hypochlorites d’alkyles 476 Hypostrophène 784 I Image spéculaire 70 Imidates (voir iminoéthers) Imidazole 323 Imides 348 Imines (voir aussi bases de Schiff) . 693 .dans la synthèse de nitriles 642 .dans la réaction de Wittig 587 . 558 Hydrazines alkylées 294.par action des hydrazines ou acylhydrazines sur les aldéhydes et cétones 555 (sur les aldoses et cétoses : arylosazones 557) .réactivité décroissante selon les fonctions 694 Hydrure de lithium triméthoxyaluminium 734 Hydrures électrophiles 694. 319.généralités sur la fonction 519 formations : . 233. oxygène.réarrangement de Chapman 792 Iminium (sels d’-) 193. 695 Hydroboration-oxydation 494. 537. 649. 375.dans la pyrolyse des oxydes d’amines tertiaires (Cope) 628 .d’alkylation en α des aldéhydes 357 .avec les organomagnésiens 595 . 327. 444. 651 Hydrocarbures saturés (voir alcanes) Hydrocarbures insaturés (voir alcènes) Hydrogénation catalytique .des alcènes et alcynes 488.réduction 741 Hydrazonium quaternaires (sels d’-) 642 Hydrazone-SAMP 358 Hydroborations 494. 210. 554 Hydroxylamines N-substituées formations : .à partir d’énamines 788 réactions : .hydrolyse 530 .dans la déshydrogénation d’amines primaires 679 . 318.réarrangement de Bamberger 767 Hydroxyméthylation 449 Hydroxyméthyle (groupe -) 189 Hydrure d’aluminium 694 Hydrure de dichloroaluminium 694 Hydrure de diisobutylaluminium. 752 . 120 Ing-Manske (méthode de -) 341 Ingold 77.par action des organolithiens sur les oximes 599 réactions : .oxydations en composés azoïques. en nitriles aromatiques et en alcynes 681 .« sp3 » 14 . 233 Initiateur de réactions radicalaires 214.dans la synthèse d’acétals et d’aldéhydes à partir de sels d’iminochlorures 741 Imine d’azométhine 501 Imine de nitrile 499 Iminochlorures 643 Iminoéthers 193. 732. 408. 544 .dans la réduction en aldéhydes des acides carboxyliques 727 . 544. 542. 755 Horner (réaction de -) 754 Huang-Minlon 709 Hückel (règle empirique de-) 160 Hybridations (voir aussi carbone. 82 Inversion de configuration 72.812 Homologues (composés -) 38 HOMO et LUMO (orbitales moléculaires) 771 Homologation 753. 538 . 386 Inverses optiques (voir aussi couple d’énantiomères) 73. 634 . azote) .réactivité décroissante des diverses fonctions 692 . 528 Hydrates de cétones 527 Hydrazide (voir acylhydrazines) Hydrazidines 544. 697 Hydroperoxydes 233. 555.relative 80. 403. 681 Hydrazobenzène 788 Hydrazones Formations : .« sp » 17 Hybrides de résonance 147 Hydrates d’aldéhydes 527. 321.hydrolyse 529 . 542.à partir de composés azoïques 386 Réactions : . 405.dans la réduction des aldéhydes et cétones 708-711 . 530 3-indazolone 766 indole 443 Induction (voir effet inducteur) Induction asymétrique 85. 487 Insertion de carbènes ou de nitrènes 390 Intermédiaires tétraédriques 312. 226. 701 Hydrure de lithium aluminium 524.« sp2 » 15 .par réduction de dérivés nitrés 736 . 354. 409 Hydroquinones 31. 223. DIBAL 693. 669.énantiosélectives 698 Chimie organique Hydrogènes acides en D de groupes inducteurs – I 142 Hydrogénolyse 693.de formylation du toluène (Duff) 443 . 316 Inhibiteurs radicalaires 23. 550.à partir d’amines primaires et d’aldéhydes ou cétones 193. 523 . 45 Isonitriles 598 Isoprène 659 Isopropoxyde d’aluminium 526 N-isopropylcyclohexylamidure de lithium 361 N-isopropyl-N-cyclohexylami-dure de lithium 357 Isopropylidène-aniline 36 Isothiocyanate de méthyle 36 Isothiocyanates 370 J Japp-Klingemann (réaction de -) 387 Jones (réactif de -) 661 K Karabatsos (modèles de -) 714 Kékulé 161 Kharasch (effet -) 227.et δ-lactones Lactones formations : .de fonction 42 Isomérie géométrique plane 43 . 727.isomères « E » et « Z » .par condensation de Stobbe de succinates 565 .3-hexaméthyl-disilazane. 234.ponté mercuronium 480 Ionophores 284 Ions carbonium (voir carbocations) Ipso (attaque en position -) 426 Isoatactique 232 Isobornéol 124 Isobutène 578 Isocyanates formations : .à partir des acylazides par chauffage 369 réactions : . 569.benzopyrylium 163 .avec les organomagnésiens 595 .bases de .polarisée 129 .de l’ammoniac 349 .isomères « syn » et « anti » 44.rupture hétérolytique LDA (voir diisopropylamidure de lithium) Liberté conformationnelle 275 Liebermann (test de -) 404 Ligands 120 LiHMDS (voir lithium 1.hydrogènes 56.cyclique bromonium 472. 701 Lipophile 282 Lithiation réductrice 735 Lithium 1. 167 .de chaîne 40 .3. 367 Isomères 40 Isoméries structurales 40 .de formation d’amides secondaires aromatiques 439 Isocyanates . 432.813 Index Inversion de Walden 80.1.rupture homolytique ou homolyse 209 . 298 Iodation 221. 180 . 171.pπ-dπ 268 .pyrolyse 628 LCAO ( linear combination of atomic orbitals) (voir CLOA) LDA (voir diisopropylamidure de sodium) 238 Leuckart (réaction de -) 548 Lévogyre (l) (énantiomère -) 76 Lewis (théorie de . 474 . 639 . 486 Kiliani-Fischer (méthode de -) 540 Kindler (modification de -) 720 Knoevenagel ou DoebnerKnoevenagel (réaction de -) 616. de Lossen et de Curtius 261-266 .par oxydation du tétrahydropyrane 685 .insaturées 191 .551 .5-tétraméthyl-pipéridine (LTMP) 611 Lossen (réarrangement de -) 261. 483.isomères « cis » et « trans » 43 .dans la réaction de Wittig 587 .hydrogènes 56.par réduction de l’anhydride phtalique 728 réactions : .de position 42 .σ (sigma) 14. 758 Luche (réaction de -) 714 M Mac-Faydyen-Stevens (réaction de -) 724. 684 Malononitriles 483 Mannich (réaction de -) 450.dans les réarrangements d’Hofmann. 551 .1.de phényle 729 Isocyanures 306.3.à partir de cyanates alcalins 370 .18 . (LiHMDS) 611 Lithium 2. 576.16 . 453 . action des amines primaires et des alcools 266 .1.Schmitt (réaction de -) 451 L Lactames 349. 171 . 342.π (pi) 16.1 .des acides et des bases) 285 Liaisons .à partir de γ-chloro acides (γ-lactones) 334 .nitrosonium 428 .iminium 531.acétylure 363 .de méthyle 36. 384.ioniques 12 .hydrolyse. 263. 730 Mac-Murry (réactif de -) 719 Malonates 354.par oxydation de cyclanones 673 . 426. 422.1. 384.3. 367 .5.alcynyle 363.par action du phosgène ou thiophosgène sur les amines primaires 347 .3-hexaméthyldisilazane) Lindlar (catalyseur de -) 278.3.carboxylate 157.covalentes 11 . 758 γ.arènium 416.cyanate 295 . 550 .2. 573 Koch ou Koch-Haaf (réaction de -) 479 Kolbe (synthèse de -) 215.méthanonium 380 . 455 Iodobenzène 351 Iodures d’alkyles 332 2-iodoéthyle 339 Ions .réduction en éthers cycliques 725 . 574. à partir de N-chlorimines 643 Réactions : .addition d’ammoniac (amidines) 553 . addition.à partir d’amines primaires 678 .permanent d’une molécule 130 . 550 Méthanesulfonyl azide 388 Méthanol 31.630 Milieu réactionnel 179 Minisci (réactions de -) 223 Moffat-Pfitzner (réaction de -) 662 Molécules « flexibles » 53 Molozonides 503 MOM éther 321 Moment dipolaire . 293 Mercaptométhyle (groupe -) 189 Merrifield (méthode de .réactionnel 178 . 735 Neber (réarrangement de -) 759 Newman (représentation de -) 53 Nicotinamide adénine dinu-cléotide 716 Nitration 423.à partir d’amines primaires 678 .cyclique à six centres 397 Meerwein-PonndorfVerley (réaction de -) 526.par oxydation des amines tertiaires 677 réactions : . 528. 301. 163. 755 Méthyl-D-glucopyranoside 113 Méthyl-D-glucoside 113 Méthylène 247 N-méthyl-pyrrolidone 314 Méthylthiométhyl éthers 321 Meyer-Schuster (réarrangement de -) 309 Meyers (synthèse de -) 360 Michaël réaction de -) 392. 190.formes singulet et triplet 256 formations 256 réactions 257 Nitriles Nomenclature : 36 Formations : .permanent d’une liaison 129 .par oxydation d’hydrazone aromatiques 682 . formations .halogénations 384 Nitrènes 255.dans la formation de cétones aromatiques (Houben-Hoesch) 441 . 445. 331 (R)-(-)-2-(méthoxyméthyl)-1pyrrolidinamine 358 (S)-(-)-2-(méthoxyméthyl)-1pyrrolidinamine 358 Méthanonium (ion -) 380 Méthylamine 33 2-méthylbenzimidazole 360 Méthylcétones 382. 132.des organomagnésiens . 496 Martin (modification de -) 707 Mécanisme (voir aussi aux différents types de réactions : substitution.à partir d’halogénures 367 .814 Markovnikov (réaction et règle de -) 386. 436.α-acylation 571 .3 498 .réduction en amines primaires 739 Nitriles . réduction. 741 .réductions 736-739 .péricyclique 747 .dans la synthèse d’aldéhydes et d’acétals 740. 11. 399.rétro .comme dipolarophile dans les cycloadditions de dipoles1. 427 . 700 . 486.β-cétoniques 572 .par action de l’acide nitrique 423. 739 E-nitro-alcool 616 Nitroarènes 739 Nitrobenzènes 181. 450. synthèse peptidique) 346 Mésyle (groupe -) 190 Mésomérie (voir effet mésomère) Mésylates 186.à partir de cétoximes . 658 Naphtalène magnésium 393 Naphtalène-lithium 372. 665. 432.hydratation (amide puis acide) 531 . 330. 292 Métathèse des oléfines 794 Méthanal (ou formaldéhyde) 330.induit 129 Monoarylalcanes 659 Monoalkylhydrazines 681 Monoarylhydrazines 681 Monochlorocarbène 248 Monomères 207 Morpholine 390 Mouvements conrotatoires 775 Mouvements disrotatoires 775 MTM éthers (voir méthylthiométhyl éthers) Mukayama (réactif de -) 563 Mulliken (électronégativité) 131 Mutarotation des sucres 107.à partir des amides primaires et secondaires 642 . 476. 427 Nitrés (composés -). 481.à partir d’aldoximes et de leurs dérivés O-acylés ou O-sulfonés 639. oxydation. 302.à partir d’oximes 555 .à partir des sels d’hydrazonium quaternaires 642 .dans la réaction de Reformatsky 601 . 538 . . élimination. 476 Chimie organique .à partir des halogénures 369. 534 N Nafion-H 326 Naphtalène 29. et réarrangements) . 369 Nitroalcanes 436. 761 . 468. 440. 466. 737. 766 . 680. 605 .vinyliques 367 Nitrites d’alkyles 318.addition d’alcools (imidates) 194.412..à partir d’alcools et de cyanure de sodium 368 . 711 Meisenheimer-Jackson (sel de -) 415 Mélange racémique 304 MEM éther 321 Menchoutkine (réaction de -) 340 Mendéleiev (tableau de -) 10.à partir de dérivés nitrés 739 . 409.anti (additions -) 227. 477. 483.de type – 483 . 651. action de l’hydroxylamine sur les cétones et aldéhydes 554 réactions : .avec les imines.sur les disulfures. 736.avec les aldimines et cétimines 599 . 677.avec les sels d’acides carboxyliques 599 . et chlorures d’acides 593 . 639 1.transmétallations 413 -dans la préparation du magnésium de Rieke 735 Organomagnésiens (ou réactifs de Grignard) .4-oxadiazoles 537 Oxalate d’éthyle 570 Oxaphosphétane 584 Oximes . 395 .de formation de trialkylborates 412 .par action du lithium sur le naphtalène réactions : .sur le soufre et l’anhydride sulfureux 412 . HOMO et LUMO 771 Ordre de priorité décroissante des fonctions 37 Organoboranes 411.par action du lithium sur un halogénure d’alkyle 596. 395 . et action des acides minéraux 407 .action du pentachlorure de phosphore (réarrangement et fragmentation de Beckmann).sur l’anhydride carbonique 594 .avec les trialkoxyboranes 410 . 374 Organolithiens formations : .815 Index .à partir de naphtalène-magnésium 393 réactions : . 13.et N-substitiuées 411 . 665 Orbitale atomique 5.transmétallations 414 Organozinciques 373.hydrolyse.dans la formation d’alcènes à partir d’éthers α.avec les amines primaires et secondaires 410 . 640.7-dione 564 Oléfines (voir alcènes) Oligomère 207 Oppenauer (oxydation d’-) 526. 587.R et S (des carbones asymétriques) 77 Nonaflates 292 Norcaradiène 252 Normant (réactifs de -) 589 Nosylate 292 Nucléofuges (groupes -) 291 Nylon « 6-6 » 759 O Octa-2. acétals et cétals 374 .avec un anhydride d’acide 395 .réduction en amines 741 Oxiranes (voir époxydes) Oxirène 656 Oxonium (groupe -) 135 .par échange métal-halogène entre le butyl-lithium et un halogène 596.avec les alcynes terminaux et l’éthyne 364. 372.configurations des isomères syn et anti 49 formations : . un nitrile 395 . 404 Nitrosation des amines secondaires 403 Nitrosobenzène 680 Nitrosodisulfonate de potassium 669 Nitrosoimine 501 Nitrosométhane 36 Nitrosooxyde 501 Nitroxydes 213 Nombre d’oxydation (voir dégré d’oxydation) Nomenclature (notions générales de -) 26 . dans les cycles 64 . 735 Orthoesters 537 Orthoformiates 323. isocyanates et nitriles 595 .pour la formation de carbènes 248 .avec un formiate. 588 .sur les esters. 770 Orbitales moléculaires (OM) 14 .3. amides. 761 . 405.avec le tosylazide 411 .avec l’oxygène et le peroxyde d’hydrogène 409 . un orthoformiate (374). 375 Organocyanocuprates de lithium (réactifs de Gilman) 375 Organocuivreux et organocuprates 371. 600.action des organolithiens 599 .hydrolyse 530 . 766 Nitrosamines 359.6-triène (réarrangements électrocycliques de l’-) 774 Octane-2. 352 . un orthoester (374).dans la réduction des halogénures 735 .déshydratation en nitrile 555.équilibre de Schlenk 394 .liante.dans la synthèse d’amine avec les O-méthylhydroxylamines 411 .avec un époxyde 374 .4.dans l’α-alkylation des cétones 392 . 181. 409 .remarque générale 241 formations : . 375 .sur les cétones et aldéhydes 588. le chlorure de thionyle et les sulfinates 413 .avec les halogénures 371.avec l’azote (amines primaires) 411 . 412 Organocadmiens 373 Organocuprates de lithium 372. 369.β-dibromés 634 .avec les aldéhydes. 408. anti-liante. cétones et esters 597.réarrangement de von Richter 766 Nitrométhane 36. 758 .E et Z alcènes substitués et imines 46-50. non li-ante.par action d’un halogénure sur le magnésium 393.dans la lithiation réductrice des sulfures d’alkylphényles 735 .avec les hydroxylamines O. 575 Nitrone 501 Nitronium (sels de -) 427 Nitrosés (composés -) 257.pyrolyse des dérivés O-acylés ou O-sulfonés en nitriles 640 . de nitrile 499 . 77 p-phénylènediamine 233.à partir d’aryldialkoxyboranes et de peroxydef’hydrogène 410 .réarrangement de Fries des esters phénoliques 453 .278 Poisons des catalyseurs (inhibiteurs) 278. 782 . 742. 347. 438.dans la réaction de type Michaël 484 .de carbonyle 501 .couplage oxydatif de molécules Z-CH2-Z avec Z = groupe –I ou –M 684 Oxydes .à partir du cyclohexanol ou de la cyclohexanone 648 .oxydations 668-670 Phénothiazine 622 Phénylacétamide 720 Phénylacétate d’ammonium 720 Phénylalanine 545 Phényle (groupe -.moléculaire 77 . 451.des acides carboxyliques 328 . 587 2.O-acylation et réarrangement en dérivé acétylé sur le cycle (Fries) 437 .de phosphines 268 Oxygène (configuration électronique et types de liaisons) 19 Oxiranes (voir époxydes) Oxymercuration-démercuration 480 Ozone 497. degré d’oxydation 646 .d’amine tertiaire 618. 390. 679. 114 Progestérone .à partir du chlorobenzène par action de l’hydroxyde de sodium via le benzyne 420 réactions : .carboxylation des phénates 451 .718 Prileschaiev (réaction de -) 493 Prochiralité . 223 Phénanthrène 29. 346 Polytétrafluoroéthylène ou Téflon 231 Porphine 163 Porphyrines 163 Positions . nomenclature : 31 formations : . 648.sulfonation 429 .formylation (Gatterman) 441 .nitreux (dipole-1.ortho 29 . 707. 574. 468 Polyènes 28.méta 29 .couplage avec les sels de diazonium 446 .halogénation 432 .cationiques 207.dans la réaction de Mannich 650. 584 Phénylosazones 556 Phényl vinyl sulfone 506 Phosgène 322.des groupes fonctionnels 647 (voir aux différents groupes-) .hydrolyse des sulfates acides de benzodiazonium 416 . 657 Ozonide 503. 467 . 654. 501. 628. 702 Phénates 320. 85 .nitration 428 . 704 pKa 238 Plan de symétrie moléculaire 67 Platine et oxyde de .par oxydation du cumène (isopropylbenzène) 659 .action de l’hydroxyde de sodium sur le benzène sulfonate de sodium 415 .816 Oxoverdazyle 213 Oxydations 647-688 . 654 Ozonolyse 497 P Paire d’ions 190. 670 Prelog (convention R et S) 77. 655.de pyridinium 680. 742 . 230 Polymérisations . 719 Pinacolique (rérrangement -) 197 Pinacolone 204 Pinner (synthèse de -) 537 Pipéridine 238.et 4-picolines 360 Pinacols 204. électronégativité) 132 4-phénylbutyramide 720 o. 729 Polarimètrie 74 Polarisation d’une liaison permanente et induite 129 Polyalkylbenzènes 432 Polychlorure de vinyle (PVC) 231.règle de .radicalaires 230 Polyols 567. 303 Paramagnétique 212 Pasteur (méthode de -) 86 Pauling (échelle d’électronégativité des éléments) 131 Peptides 345 Perkin (réaction de -) 576 Péricyclique 769 Perlon 759 Peroxydation lipidique 234 Peroxydes 233 Peroxyde de benzoyle 214.généralités.para 29 Pourcentage énantiomérique 88 Pouvoir rotatoire . 662 Phosphates d’alkyles 331 Phosphines 494.et p-phénylènediamines 681 Phénylhydrazine 556 Phénylhydrazone de l’acétone 36 Phénylhydroxylamine 737 Phényllithium 246.centres chiraux 71 Phosphoranes 583 Phtalhydrazide 341 Phtalimide 341.par oxydation du benzène par l’oxygène 657 Chimie organique . 163.N.formylation par le dichlorocarbène (Reimer-Tiemann) 442 .hydroxyméthylation 449 . Polyéthylène (PE) 231 Polyisobutylène (PIB) 231 Polyisoprène 231 Polymère 207. 652 .hydrogène Pro R ou Pro S.des halogénures sur les phénates 320 .aminoalkylation 450 . 581 Polystyrène (PS) 231. 348. 669 Phénols 31.haloalkylation 445 .spécifique 74. 583 Phosphonium (sels de -) 583 .d’éthylène (oxirane) 339 .3) 499 . par oxydation du benzène 657 . de phénylènediamine.de couplage 370.t-butyle 210. 406.sulfonation 430 .d’extrusion 607. 233 .des radicaux libres 235 .nucléophiles et électrophiles (réactions de Minisci) 215.des xanthates de méthyle 629 Q Quinoléine .par oxydation de composé polycycliques aromatiques 659 .allyliques 307.formylation 443 Quinones .alkylation 436 .dégénéré 782 .nitration 428 .2] 747-763 .insaturés 396 . 308 . dans les acylations 313. d’hydroquinone 669-671 . 637 .des sulfones 629 .propanoyle 216 .de la benzidine 788 .cyclohexadiènyle 703 .du benzile en acide benzilique 749 .de substitution électrophiles 427 . 293 Réactions .isopropyle 210 .action du dichlorocarbène 253 . radicaux libres persistants et radicaux stables 209 .des esters d’acides carboxyliques 628 .de fragmentations 606 .bromation et chloration 433 .aromaticité 163 . 703 .réactions redox 214 .dans la décarboxylation des benzoates 453 et des acides β.comme solvant polaire aprotique basique 181 nomenclature : 29 réactions : .aromaticité 162 .définition 178 . 335. 302 Prototropie 42 p-toluènesulfonylnitrile 389 Puits à électrons 582 Pureté énantiomérique ou excès énantiomérique (ee) 89 Pureté optique 89 Pyranoses 107 3H-pyrazole 621 1-pyrazoline 621 2-pyrazoline 708 Pyrène 163 Pyridine . 213.p-hydroxyphénoxyle 670 . voir aussi aux noms d’auteurs) 745-796 . 359. 637 RAMP (voir (R)-(-)-2(méthoxyméthyl)-1-pyrrolidinamine) 358 Raney (nickel de -) 278.des oxydes d’amines 628 . 401 Radical-anion 236.diphénylméthyle 213 . 536.acylation (Friedel et Crafts) 438 .des carbocations 197-205 . 216 . dans la réaction de Knoevenagel 574.allyle 145.structures 209 .halogénation 433 .diphénylpicrylhydrazinyle 212 .énergie de résonance 166 .généralités 747 .des composés organo-métalliques 630 .γ.trityle 213 Ramberg-Bäcklund (réaction de -) 620.aromaticité 161 .trifluorométhyle 209 . 223 . .réductions 720-721 R Racémique (mélange -) 84. 157. 390 Pyrolyse 639 .réduction des oxydes de pyridine 742 Pyridoxal 545 Pyrylium (sels de -) 163 Pyrrole .formylation 443 . 648 Réactifs électrophiles 185.oxoverdazyles 213 .oxydation en N-oxydes 680 . 417. 214 .des carbanions 255 .électrocy-cliques 747.résolution ou dédoublement 86 Racémisation 88.semiquinonique 670 Radical-cation 235 Radicaux 208 . dans la préparation des phosphates d’alkyles 331.acétyle 214 .concertée 508 . 462 . 293 Réactifs nucléophiles 183.[1.nitroxydes 213 .peroxyle 226.par oxydation d’aniline.électrolytiques 215 .comme résultat d’une réaction d’extrusion 622 Pyrrolidine 130.radicaux libres.phényle 212.comme base dans la formation de carbanions 238.comme diènophiles 507 . 488. 373 Réarrangement(s) (ou transposition(s).de copulation 446 .nitration 428 .comme oxydants 649 .benzyle 213 . 222.formations et stabilité .alkylations 436 .des hydro-peroxydes . dans le mécanisme SNi 310 . 548. 224 . 769777.sulfonation 430 .méthyle 209 .817 Index n-propanol 31 i-propanol 31 Propanone 527 Propargyliques 303 Propiolate de méthyle 507 Propionitrile 36 i-propylamine 33 Protecteurs de la fonction cétonique 535 Protique (solvant -) 180.d’homologation 753 .réduction 704 .réactions 217 Radicaux .comme base dans la réaction de Knoevenagel 574 . 302 Solvatation 190. 623.719 Schiff (bases de -) 529.SN2’ et réarrangements allyliques 307 . 559.monomoléculaire SE1 376 . 709 o et p-semidines 789 Séries « allo » et « normale » des stéroïdes 105 Séries conventionnelles D et L (sucres) 92 Sérine 717 SET.SN2cA (ou A2) 305 . 612.sur les éthers et époxydes 338 . 200. 615.avec un composé organométallique 370 .par l’ion hydrure 350 . 198.SET .[2. 545 Schiemann (réaction de -) 431 Schlenk (équilibre de -) 394. 323.avec un composé minéral 367 .5] 786 .par les acides et leurs sels 334 . 442 Régiosélectivité 122.818 . 320. 321.conformationnels. 463 Stéroïdes. 530. 463 Régiospécificité 123.SN1cA (ou A1) 305 .731 Rendement optique 89 Résolution ou dédoublement du racémique 86 Résonance (voir effet mésomère) Résorcinol 31. 709 Semicarbazones 49.Hauser (réarrangement de -) 765 Sonn-Müller (réaction de -) 741 Sörensen (méthode de -) 355 Squalène 467 Squelette carboné 40 Stannane 71 Stephen (réaction de -) 740 Stéréocentre (voir centre chiral) Stéréochimie 51. 613 Sommelet (réaction de .métathèse des oléfines 794 Réductions 691-744 . 320.homosigma-tropique [1. 472 Stéréospécifique (réaction -) 118. 589 Schmidt (réaction de -) 266 . 559. 304.représentation en perspective de Haworth 107 Stéréosélective (réaction -) 119.sur les composés carbonylés (avec intermédiaire tétraèdrique) 312 Substitutions électrophiles ali-phatiques 376.) 675 .SNi 310 .bimoléculaire SN2 297. 298. 53 .des diverses fonctions (voir chacune d’elles) Reformatsky (réaction de -) 600 Reimer-Tiemann (réaction de -) 252. 53 Stéréoisomères 51. 53 .par l’ammoniac et les amines 339 . series allo et normale 105 Stevens (réarrangement de -) 246.5] 652.par les dérivés soufrés 364 . 396. 778-790 . 301.SN1cB 306 . 407 .règle de – 615. 460.[3.configurationnels 65 . 295. 733 .par l’eau 314 . 669 rétro-pinacolique (réarrangement -) 205 Rhodium 278 von Richter (réarrangement de -) 766 Rieke (magnésium de -) 735 Ritter (réaction de -) 538 Robinson (réaction d’annellation de -) 565 Rosenmund-Saïtzev (réaction de -) 729 Rotamères (voir conformères) Rupture hétérolytique d’une liaison 186. 392. 347 Schrock (réaction de métathèse des oléfines) 796 Sels au sens de Lewis 181 Semicarbazide 542.SN1’ 307 .représentation de Newman. 625 Scharpless (réaction de -) 652. 306. 618 Chimie organique . 253. 394 Sigmatropiques (voir réarrangements) Silane 71 Simmons-Smith (réactif de -) 249 Smiles (réarrangement de -) 768 Solvants 180. 294.réarrangement de – 758 Scholl (arylation de -) 439 Schotten-Baumann (réaction de -) 321.3] 778 .par les alcools et alcoolates 320 . 238 Ruthénium 278 S SAMP (voir (S)-(-)-2(méthoxyméthyl)-1-pyrrolidinamine) Saponification 315 Sarett (réactifs de -) 661 Saytzev (alcènes ou oléfines de -) 197.représentation en projection de Fischer 91 . 619.3] des ylures allyliques 790 . 331 . Single Electron Transfer 236.composés de . 613. conformères ou rotamères 53 .3] ou [1. 763 Stobbe (condensation de -) 565 Stork (réaction de -) 390 Strecker (méthode de -) 541. 307 Solvolyse 303.SNi’ 311 . 545 Structures limites (ou canoniques) 147 Strychnine 86 Styrène 485 Substituants « exo » ou « endo » (systèmes bicycliques) 123 Substitution d’un hydrogène par un atome métallique 379 Substitutions nucléophiles aliphatiques 291 .réactif de .monomoléculaire SN1 302 .par substitution nucléophile aromatique 765 .définition et généralités 691 . 295 Règle « endo » (dans la réaction de Diels-Alder) 511 Règle dite de l’octet 11 Reissert (réaction de -) 729 . 302.sigmatropiques [1. à partir des organomagnésiens 413 .SRN1 417 . 338.4. cétone et d’acide carboxylique 385 Sulfones 268.de composés azotés 400 Substitutions nucléophiles aromatiques 414 .1-dioxyde 622 Thiazole 443 Thiazolium (sels de -) 583 Thiiranes 344.4benzo-quinone (p-chloranile) 649.avec un métal comme groupe partant 407 .arylations 439 .formation d’alcènes à partir de sulfures β-halogénés 634 .3.via le benzyne ou les arynes 418 Substitutions électrophiles aromatiques 422 .par réaction des thiols avec les alcools tertiaires 365 . 574.6-tétrachloro-o-benzo-quinone (o-TCQ) 661 2.5. 357. 684.819 Index - bimoléculaire SE2 377 SE2’ 378 SEi. 379 Tétraméthylthiourée 729 Tétraphénylhydrazine 681 Tétrazole 498 THF (voir tétrahydrofurane) 1.6-tétrachloro-1.de méthyle 325. 334.SeAr 422 . 742 .réarrangement de Fries 453 .SE1 454 Substitution radicalaire 455 Succinate d’éthyle 570 Sufonamides 319.d’alkyle 325 .hydroxyméthylations 449 .du benzène 428 .carboxylations des phénates 451 .acides d’alkyles 330 .6-dioxaheptyl)amine)) Tension dans les cycles 57 Tension transannulaire 60 Testostérone 104 Tétraalkoxyaluminate de lithium 712 Tétraalkylhydrazines 678 tétrabutylammonium (bromure de-) 283 tétrachlorure de carbone 130.réduction 743 Sulfonium (groupe -) 135 .réarrangement de Smiles 768 Sulfure de carbone 594.d’éthyle 331 .2-thiazine-1. 629 Sulfure de méthyle 37 Sulfures (ou thioéthers) formations : .formylations 440 .SNAr 414 .couplages avec les sels d’aryldiazonium (copulation) 446 .oxydations 684 .avec un groupe partant carboné 396 .SN1 Ar 416 .d’aldéhyde. 331 . 355 Synthons d’aldéhydes 360 T (+) ou (-) tartrates d’éthyles (DET) 652 (+) ou (-) tartrates d’isopropyle (DIPT) 652 Tautomérie 42 o-TCQ (voir 3.particularité de la liaison S=O 268 . 765 Sulfoxydes .par alkylation des thiols 365.haloalkylations 445 .par oxydation des sulfures ou thioéthers 684 .aminoalkylations 450 .nitration 427 . 343 Sulfates . 704 Tétrahydropyrane. 378 SEi’ 379 avec un hydrogène comme groupe partant 379 .à partir des organomagnésiens et d’esters d’acides sulfiniques 413 .avec des halogènes comme groupes partants 392 . 357 Sulfite d’éthyle 331 Sulfolane 384 3-sulfolène 514 Sulfonates 318.sels de – 71.d’alkyles 331.dans le réarrangement d’ylures allyliques de soufre 790 réactions : .carboxylations 438 .halogénation 431 . 87 Synthèse malonique 353.5. 721 Tétracyanoéthylène 507 Tétraéthylèneglycol diméthyl-éther 793 Tétrafluoroborate de nitrosyle 403 Tétraglyme 793 Tétrahydrofurane (THF) 181. 436 Sulfonation . 596.formation d’alcènes à partir de sulfones 636 . 768 .réduction 742 .5.à partir des sulfoxydes et les sulfones 743 . 380 Suprafaciales (voies -) 779 Swern (oxydation de -) 662 Symétrie moléculaire 66 Symétries permise et interdite 777 Symproportionation 486 Syn 44 Sym-trithiane 359 syn-périplanaire (voir conformations) Synthèse asymétrique 85.réduction 743 . 366.acide de méthyle 331 .alkylations (434) et acylations (Friedel et Crafts) 436 .réarrangement de Smiles 768 Sulfure de nitrile 499 Super base 380 Superacides 196. 696. 589 Tétrakis(2-propanolate) de titanium 652 Tétraméthyléthylènediamine (TMEDA) 371. 600.décarboxylations des acides aromatques 452 .6-tétrachloro-o-benzo-quinone ou o-chloranile) TDA-1 (voir tris(3.sulfonation 428 . 635 O-thioacide 36 O-thioester 36 S-thioacides 365 .lithiation réductrice 735 . 367.4. 588. 220 3. 584. 357. 166. 292.6-diméthylcyclohexa1.réaction de – 548 Whitmore (mécanisme de -) 748 Wilkinson (catalyseur de -) 278 .d’hydrogène 490.à partir d’halogénures 366 .croisée 581 TMEDA (voir tétraméthyléthylènediamine) Tocophérol 234 Tollens (réaction de -) 566. 238.de groupe diazo ou azide 388 Transimination (réaction de -) 545 Transmétallations 413 Transporteurs de cations 284 Transpositions (voir réarrangements ) trans-stilbène 687 Trésylates 292 Trialcoxyalanates de lithium 693 Trialkoxyde d’aluminium 580 Trialkoxyphosphoranes 586 Trialkylbenzylammonium (sels de -) 765 Trialkyl phosphites 331 Trialkylboranes 409.dans l’alkylation du benzène 436 . 367 V Variation d’énergie libre 'G 274 Variation d’enthalpie 'H 274 Variation d’entropie 'S 274 Vicinal 30 Vilsmeier-Haack (réaction de -) 386.alkylation 743 . 638 Thiosemicarbazide 542. 742 2. cis.à partir d’organomagnésiens et de soufre 412 réactions : .4. 559 Thiosemicarbazones 49.dans la formation d’hémithioacétals et de dithioacétals 532 .d’un ion hydrure (réduction) 693 . 634.1-Trihalogénures 314. 333 Transéthérification 326 Transferts . 584.3. 443 Vinylacétylène 469 Vinylcarbènes 621 Vinyle (groupe) 28 Vinylogie (principe de -) 141 Vinylogues (composés -) 141 Vinylnitrènes 256 Vitamine E 234 W Wagner-Meerwein (réarrangement de -) 197.avec les halogénures 365 .4. 672 Toluène 130. 440.5-tétrazine 544 Triméthylborate 410 Triméthylchlorosilane 372. 530. 726 Triméthyliodosilane 390 Triphénylméthylsodium 361 Triphénylphosphine 336. 739 .6-triphénylpyridin-ium (sel de -) 293 tris(3. 671. 587 Thiocyanates 370 Thioéthers vinyliques 150 Thioisocyanates 347 Thiolates 365 Thiols formations : .1.oxydations 683 . 181. 559 Thiourée 366. 372.3-diène 769 Transalkylation 340 trans-alkylidènation 794 Transestérification 330. 369.4.6-dioxaheptyl)amine 285 Tri-t-butoxyaluminium lithium 729 Trithiane 532 Trivinylboranes 701 Tropylium (carbocation -) 189 U Ullmann (réaction d’-) 351 Ultrasons 285. 725. 736 Tosylates β-halogénés 634 Tosylates de cétoximes 756 Chimie organique Tosylazides 411 Tosylhydrazones 710 trans. 700 Trichloroéthanal 533 Triéthanolamine 345 Triéthoxyphosphine 587 Triéthylamine 33.réactif de – 669. 494.6-triisopropylbenzènesulfo-nylazide 388 Triméthylammoniumtrifluoroborate 286 2. 581 .à partir des acides sulfoniques et des chlorures de sulfonyles 743 . 190.4. 705. 321 2.190 Trifluorure de diéthylaminosulfure 332 1.couplage oxydatif 683 Thiophène 29. trans-octa-2.à partir des sulfures 736 . 749 Wallach (réarrangement de -) 794 .820 S-thioesters 365 Thioacides 193 Thioaldéhyde 36 Thioamides 36.de carbène 250 .direct d’un électron d’un métal dit « soluble » 696 . 433 Thiophosgène 347. 729 Thomson 770 Tiemann 541 Tischkenko (réaction de -) 580 .avec les alcools tertiaires 365 .cyanoéthylation 484 .6-triméthyl-hexahydro1. 162. 439 Thiocarbonyle (groupe -) 35 Thiocétals 711 Thiocétones 36. 658 Tosyle (groupe -) 190 Tosyl azide 388 Tosylates 186. 675. 574 Triéthylborohydrure de lithium 734 Triéthylèneglycol 709 Triéthylphosphite 635 Triflate 186.d’hydrogènes d’un composé donneur vers un composé accepteur 697 . 430.6triène 769 trans-5. 335. 663.S-aminométhylations 552 . 410. 246.instables 270.Fittig (réaction de -) 352 633 . 268.Horner (réaction de -) 586 Wohl-Ziegler (bromation de -) 222 Wolff (réarrangement de -) 753 Wollff-Kishner (réaction de .réarrangement de . 585 .d’azométhine 501 .de carbonyle 501 .stables 270.Grignard (réaction de -) 352 X Xanthates 618 p-xylène 181 . 601. 601 . 583. 633 .762.) 708 Woodward et Hoffmann (règles de -) 774 Wurtz (réaction de -) 596. 789 .) 320. 585 . 587. 321 Wittig (réaction de -) 269.de nitrile 499 Ynamines 470 Z Y Ylures 243.821 Index Willgerodt (réaction de -) 720 Williamson (réaction de . 585 .allyliques d’azote ou de soufre (réarrangements) 790 Zéréwitinoff (méthode de -) 410 Zinine (réaction de -) 738 Zip-réaction 350 . 632.de thiocarbonyle 501 .