38
CHM 2302 - Hiver 2007 Université de Montréal Faculté des arts et des sciences Département de chimie 160 Chimie organique CHM 2302 Sujet 4 Chimie des composés azotés CHM 2302 - Hiver 2007 Université de Montréal Faculté des arts et des sciences Département de chimie 161 Amines : Nomenclature Amines primaires (-NH 2 ) Me NH 2 Méthylamine Et NH 2 Éthylamine Isobutylamine NH 2 NH 2 Cyclohexylamine Suffixe : -amine Amines secondaires (-NH) Me NH Éthylméthylamine Et NH Diéthylamine Et Et Amines tertiaires (-N) Et N Triéthylamine Me N Éthylméthylpropylamine Et Et Et CH 2 CH 2 CH 3

Chimie organique CHM 2302 - Wuest Group 2007/CHM 2302_2007_Part...CHM 2302 - Hiver 2007 Université de Montréal Faculté des arts et des sciences Département de chimie 160 Chimie

  • Upload
    vudien

  • View
    238

  • Download
    1

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: Chimie organique CHM 2302 - Wuest Group 2007/CHM 2302_2007_Part...CHM 2302 - Hiver 2007 Université de Montréal Faculté des arts et des sciences Département de chimie 160 Chimie

CHM 2302 - Hiver 2007Université de MontréalFaculté des arts et des sciencesDépartement de chimie 160

Chimie organique CHM 2302

Sujet 4Chimie des composés azotés

CHM 2302 - Hiver 2007Université de MontréalFaculté des arts et des sciencesDépartement de chimie 161

Amines : Nomenclature

Amines primaires (-NH2)

Me NH2

Méthylamine

Et NH2

Éthylamine Isobutylamine

NH2

NH2

Cyclohexylamine

Suffixe : -amine

Amines secondaires (-NH)

Me NHÉthylméthylamine

Et NH

Diéthylamine

Et EtAmines tertiaires (-N)

Et NTriéthylamine

Me NÉthylméthylpropylamine

Et EtEt CH2CH2CH3

Page 2: Chimie organique CHM 2302 - Wuest Group 2007/CHM 2302_2007_Part...CHM 2302 - Hiver 2007 Université de Montréal Faculté des arts et des sciences Département de chimie 160 Chimie

CHM 2302 - Hiver 2007Université de MontréalFaculté des arts et des sciencesDépartement de chimie 162

Amines : Nomenclature

Préfixe : amino-

H2NOH

2-AminoéthanolH2N

Acide 3-aminopropanoïqueOH

O

Arylamines

NH2 HNMe

NH2

Me

NH2

OMeAniline N-Méthylaniline

p-Toluidine p-Anisidine

CHM 2302 - Hiver 2007Université de MontréalFaculté des arts et des sciencesDépartement de chimie 163

Amines : Nomenclature

NH

Pyrrole

NNH

N

NH

N

S

N

ON

O

Pyrazole Imidazole Thiazole Oxazole Isoxazole

NH

Indole

amines aromatiques : cycles à 5

amines aromatiques : cycles à 6

amines aromatiques : cycles fusionnés

NPyridine

N

N

PyrimidineN

N

Pyridazine

N

NPyrazine

NQuinoline

N

N N

NH

Purine

N

Isoquinoline

Page 3: Chimie organique CHM 2302 - Wuest Group 2007/CHM 2302_2007_Part...CHM 2302 - Hiver 2007 Université de Montréal Faculté des arts et des sciences Département de chimie 160 Chimie

CHM 2302 - Hiver 2007Université de MontréalFaculté des arts et des sciencesDépartement de chimie 164

Amines : Nomenclatureamines hétérocycliques : cycles à 5 progressivement moins insaturées

NH

Pyrrole

NH

2-Pyrroline

NH

Pyrrolidine

N

Pyridine

NH

1,4-Dihydropyridine

NH

Pipéridine

amines hétérocycliques : cycles à 6 progressivement moins insaturées

CHM 2302 - Hiver 2007Université de MontréalFaculté des arts et des sciencesDépartement de chimie 165

Histrionicotoxine"called rana de veneno by the Spanish, about three inches long, yellow on the back, with very large black eyes....those who use poison catch the frogs in the woods and confine them in a hollow cane where they regularly feed them until they want the poison, when they take the unfortunate reptile and pass a pointed piece of wood down his throat and out of one of his legs. This torture makes the poor frog perspire very much, especially on the back, which becomes covered in a white froth; this is the most powerful poison that he yields, and in this they dip or roll the tips of their arrows, which will preserve their destructive power for a year. Afterwards, below this white substance, appears a yellow oil, which is carefully scraped off, and retains its deadly influence for four to six months, according to the goodness (as they say) of the frog. By this means, from one frog sufficient poison is obtained for about fifty arrows." Capt. C. S. Cochrane, dans les forêts

pluviales de la Colombie, 1823

Dendrobateshistrionicus

Page 4: Chimie organique CHM 2302 - Wuest Group 2007/CHM 2302_2007_Part...CHM 2302 - Hiver 2007 Université de Montréal Faculté des arts et des sciences Département de chimie 160 Chimie

CHM 2302 - Hiver 2007Université de MontréalFaculté des arts et des sciencesDépartement de chimie 166

Histrionicotoxine

Dendrobateshistrionicus

N

HH

HOH

Histrionicotoxine(neurotoxine qui agit comme bloqueur des

canaux K+)

CHM 2302 - Hiver 2007Université de MontréalFaculté des arts et des sciencesDépartement de chimie 167

Amines : Propriétés

• Modérément polaires– Point d’ébullition plus élevé que celui d’un alcane

mais moins élevé que celui d’un alcool– Amines 3° sont plus volatiles que 2° ou 1°

CH3 CH3

p. é. -90 °CCH3 CH2OH

p. é. +78 °C

CH3 CH2NH2

p. é. +17 °C

OH meilleur donneur de pont hydrogène

p. é. +2.9 °CN(CH3)3 CH3CH2CH2NH2

p. é. +49 °C

amine 3° n’agit pas comme donneur de pont hydrogène

Page 5: Chimie organique CHM 2302 - Wuest Group 2007/CHM 2302_2007_Part...CHM 2302 - Hiver 2007 Université de Montréal Faculté des arts et des sciences Département de chimie 160 Chimie

CHM 2302 - Hiver 2007Université de MontréalFaculté des arts et des sciencesDépartement de chimie 168

Amines : Propriétés

• Acidité– Plus acide qu’un alcane mais moins acide qu’un

alcool– Électronégativité : O > N > C

H2O OH

pKa = 16

-H+

+H+CH4 CH3

pKa = 50

-H+

+H+NH3 NH2

pKa = 36

-H+

+H+

CHM 2302 - Hiver 2007Université de MontréalFaculté des arts et des sciencesDépartement de chimie 169

Amines : Propriétés

• Structure– Hybridation normale de N (en absence de

conjugaison): sp3

– N possède un doublet libre et un densité électronique élevée

NR1

R2R3

Page 6: Chimie organique CHM 2302 - Wuest Group 2007/CHM 2302_2007_Part...CHM 2302 - Hiver 2007 Université de Montréal Faculté des arts et des sciences Département de chimie 160 Chimie

CHM 2302 - Hiver 2007Université de MontréalFaculté des arts et des sciencesDépartement de chimie 170

Amines : Propriétés

• Inversion pyramidale– État de transition avec hybridation sp2

– Rapide à 25 °C– Résolution des énantiomères est généralement

impossible

NR1

R2R3 N

R1R2

R3

NR1

R2

R3‡∆G‡ = 5-7

kcal/mol

chiral énantiomère

CHM 2302 - Hiver 2007Université de MontréalFaculté des arts et des sciencesDépartement de chimie 171

Amines : Propriétés

• Analogie avec les phosphines– État de transition avec hybridation sp2

– Racémisation rapide seulement > 120 °C– Résolution des énantiomères est généralement

possible

PR1

R2R3 P

R1R2

R3

PR1

R2

R3‡∆G‡ = 30-35

kcal/mol

chiral énantiomère

B C N O F NeHe

Al Si P S Cl Ar

Page 7: Chimie organique CHM 2302 - Wuest Group 2007/CHM 2302_2007_Part...CHM 2302 - Hiver 2007 Université de Montréal Faculté des arts et des sciences Département de chimie 160 Chimie

CHM 2302 - Hiver 2007Université de MontréalFaculté des arts et des sciencesDépartement de chimie 172

Amines : Propriétés

• Basicité– N = site basique (doublet libre, densité électronique)

NH3 + H3O+NH4 + H2O+

sel ammoniumpKa ~10.5-11

RNH2 + H3O+RNH3 + H2O+

pKa 9.4

Ka =[RNH2] [H3O+]

[RNH3+]

CHM 2302 - Hiver 2007Université de MontréalFaculté des arts et des sciencesDépartement de chimie 173

Amines : Propriétés

• Basicité– Basicité de RNH2 augmentée par l’effet donneur de R

basicité en phase gazeuse : Me3N Me2NH MeNH2> > NH3>

basicité en phase aqueuse : Me2NH MeNH2> NH3> Me3N >

(Me3NH+ moins bien solvaté pour des raisons stériques)

Page 8: Chimie organique CHM 2302 - Wuest Group 2007/CHM 2302_2007_Part...CHM 2302 - Hiver 2007 Université de Montréal Faculté des arts et des sciences Département de chimie 160 Chimie

CHM 2302 - Hiver 2007Université de MontréalFaculté des arts et des sciencesDépartement de chimie 174

Amines : Propriétés

• Basicité des anilines– Hybridation de N : sp2

– Électrons du doublet dans une orbitale p et délocalisés– PhNH2 moins basique que CH3NH2

pKa = 4.58

N HH

HO

H +N HH

+

H

HO

H

H

N sp2

CHM 2302 - Hiver 2007Université de MontréalFaculté des arts et des sciencesDépartement de chimie 175

Amines : Propriétés

• Basicité des anilines– Structures de résonance

NH

Hsp2

Page 9: Chimie organique CHM 2302 - Wuest Group 2007/CHM 2302_2007_Part...CHM 2302 - Hiver 2007 Université de Montréal Faculté des arts et des sciences Département de chimie 160 Chimie

CHM 2302 - Hiver 2007Université de MontréalFaculté des arts et des sciencesDépartement de chimie 176

Amines : Propriétés

• Basicité des amides– Hybridation de N : sp2

– Électrons du doublet dans une orbitale p et délocalisés– Basicité de N négligeable– O plus basique

sp2

OC

RN

O

NR

O

HNH

R

O

HNH

R

O

HNH

R

CHM 2302 - Hiver 2007Université de MontréalFaculté des arts et des sciencesDépartement de chimie 177

Amines : Propriétés

• Nucléophilie des amines– Substitution nucléophile Sn2 possible grâce au doublet

libre– Formation de sels ammonium quaternaires

NR1

R2R3

N

Br

NBr

Page 10: Chimie organique CHM 2302 - Wuest Group 2007/CHM 2302_2007_Part...CHM 2302 - Hiver 2007 Université de Montréal Faculté des arts et des sciences Département de chimie 160 Chimie

CHM 2302 - Hiver 2007Université de MontréalFaculté des arts et des sciencesDépartement de chimie 178

Amines : Propriétés

• Séparation des amines– Phase organique contenant une amine et des

composés non-basiques brassée avec H3O+/H2O– Protonation quantitative de l’amine et formation d’un sel

ammonium, qui sera transféré à la phase aqueuse

NH2 + composésnon-basiquesdans CH2Cl2

HCl/H2ONH3

composésnon-basiquesdans CH2Cl2

HCl/H2O Cl

CHM 2302 - Hiver 2007Université de MontréalFaculté des arts et des sciencesDépartement de chimie 179

Amines : Propriétés

• Agents de résolution

H

Ph

OHCO2H H

Ph

HOHO2C H

CH3

PhH2N

+mélange racémique traité

avec 1 éq d’une amine énantiomériquement

pure

H

Ph

OHCO2 H

CH3

PhH3N

H

Ph

HOCO2 H

CH3

PhH3N

1) séparation des sels (e.g. cristallisation)

2) acidification des sels3) extraction de l’acide

(phase organique)

H3O+ H3O+

H

Ph

OHCO2H

H

Ph

HOHO2C

formation quantitative de sels diastéréomères

(propriétés différentes)

pKa ~ 5

Page 11: Chimie organique CHM 2302 - Wuest Group 2007/CHM 2302_2007_Part...CHM 2302 - Hiver 2007 Université de Montréal Faculté des arts et des sciences Département de chimie 160 Chimie

CHM 2302 - Hiver 2007Université de MontréalFaculté des arts et des sciencesDépartement de chimie 180

Amines : Synthèse

• Alkylation de l’ammoniac ou des amines– Utilité limitée : multiples alkylations en général– Acceptable pour la formation de sels d’ammonium

quaternaires– Pour minimiser la réaction subséquente du premier

produit de l’alkylation, une amine qui ne coûte pas cher peut être employée en excès

CHM 2302 - Hiver 2007Université de MontréalFaculté des arts et des sciencesDépartement de chimie 181

Amines : Synthèse

• Alkylation de l’ion azoture et réduction– N3

- est linéaire et très nucléophile

Br

NaN3

N3

N3 N N N

NN

N

NH2

Réduction*

*H2/catalyseur (Pd, Pt ou Ni)ou

1) LiAlH4 2) H2O

Page 12: Chimie organique CHM 2302 - Wuest Group 2007/CHM 2302_2007_Part...CHM 2302 - Hiver 2007 Université de Montréal Faculté des arts et des sciences Département de chimie 160 Chimie

CHM 2302 - Hiver 2007Université de MontréalFaculté des arts et des sciencesDépartement de chimie 182

Amines : Synthèse

• Synthèse de Gabriel– Stratégie employant la nucléophilie des sels du

phtalimide

N

O

OPhtalimide

KOHN

O

O

KH

Phtalimide de potassiumpKa 9

N

O

O

K Br+ N

O

O

CHM 2302 - Hiver 2007Université de MontréalFaculté des arts et des sciencesDépartement de chimie 183

Amines : Synthèse

• Synthèse de Gabriel (suite)

N

O

O

1) KOH / H2O

2) HCl CO2H

CO2H

Acide phtalique

H2N+

3) Neutralisation

NH2NH2ÉthanolReflux

H2N+NHNH

O

O

Page 13: Chimie organique CHM 2302 - Wuest Group 2007/CHM 2302_2007_Part...CHM 2302 - Hiver 2007 Université de Montréal Faculté des arts et des sciences Département de chimie 160 Chimie

CHM 2302 - Hiver 2007Université de MontréalFaculté des arts et des sciencesDépartement de chimie 184

Ar HHNO3

H2SO4Ar NO2

Réduction*Ar NH2

Anilines : Synthèse

• Réduction des composés nitro

Ar N Ar NH2

O

O

Ar N

OH

OH

Ar N

O

Ar N

H

OH

nitro nitroso hydroxylamine amine

*H2/catalyseur (Pd, Pt ou Ni)ou

1) LiAlH4 2) H2Oou

1) Fe/HCl 2) NaOH

CHM 2302 - Hiver 2007Université de MontréalFaculté des arts et des sciencesDépartement de chimie 185

Amines : Synthèse

• Amination réductrice

R1

R2O

NH3

[H]

RNH2

[H]

R3R4NH2

[H]

R1

R2NH2

R1

R2NH

R

R1

R2N R3

R4

amines 1°

amines 2°

amines 3°

Page 14: Chimie organique CHM 2302 - Wuest Group 2007/CHM 2302_2007_Part...CHM 2302 - Hiver 2007 Université de Montréal Faculté des arts et des sciences Département de chimie 160 Chimie

CHM 2302 - Hiver 2007Université de MontréalFaculté des arts et des sciencesDépartement de chimie 186

Amines : Synthèse

• Amination réductrice– Amine 1° : Formation d’une imine intermédiaire

O

HNH2

cat. acide

CHM 2302 - Hiver 2007Université de MontréalFaculté des arts et des sciencesDépartement de chimie 187

Amines : Synthèse

• Amination réductrice– Amine 1° : Réduction de l’imine

N

HRéduction*

NH

*H2/catalyseur (Pd, Pt ou Ni)ou

NaBH3CN

Page 15: Chimie organique CHM 2302 - Wuest Group 2007/CHM 2302_2007_Part...CHM 2302 - Hiver 2007 Université de Montréal Faculté des arts et des sciences Département de chimie 160 Chimie

CHM 2302 - Hiver 2007Université de MontréalFaculté des arts et des sciencesDépartement de chimie 188

Amines : Synthèse

• Amination réductrice– Amine 2° : Formation par réduction d’un sel iminium

intermédiaire

O

H

N

cat. acide

H

CHM 2302 - Hiver 2007Université de MontréalFaculté des arts et des sciencesDépartement de chimie 189

Amines : Synthèse

• Réduction des nitriles, d’oximes et d’amides

CN

2 H2/Ni de RaneyCH2

NH2

ou1) LiAlH4 2) H2O

nitriles

C N

OH Na, EtOHCH NH2

ou1) LiAlH4 2) H2O

oximes

Page 16: Chimie organique CHM 2302 - Wuest Group 2007/CHM 2302_2007_Part...CHM 2302 - Hiver 2007 Université de Montréal Faculté des arts et des sciences Département de chimie 160 Chimie

CHM 2302 - Hiver 2007Université de MontréalFaculté des arts et des sciencesDépartement de chimie 190

Amines : Synthèse

• Réduction des nitriles, d’oximes et d’amides

amides

capacité réductrice : NaBH3CN < NaBH4 < LiAlH4

NCO

NCH2

1) LiAlH4 2) H2O

ou

1) BH3 2) H2O

CHM 2302 - Hiver 2007Université de MontréalFaculté des arts et des sciencesDépartement de chimie 191

Amines : Synthèse

• Réarrangement de Hofmann

CH2 NH2

O Br2/HO-/H2O

CH2NH2-NaBr/Na2CO3

August Wilhelm von Hofmann(1818-1892)

Page 17: Chimie organique CHM 2302 - Wuest Group 2007/CHM 2302_2007_Part...CHM 2302 - Hiver 2007 Université de Montréal Faculté des arts et des sciences Département de chimie 160 Chimie

CHM 2302 - Hiver 2007Université de MontréalFaculté des arts et des sciencesDépartement de chimie 192

Amines : Synthèse

• Réarrangement de Curtius

Cl

O NaN3O

N3

N

C

OH2O

NH2

azoture d’acyle

isocyanate

CHM 2302 - Hiver 2007Université de MontréalFaculté des arts et des sciencesDépartement de chimie 193

Réaction acide-base Alkylation

AcylationOxydation

N H A N H A N R X N R X

NH R Cl

O

NH

O

RCl

N R

O N

H2O2

RC(O)OOH

ouN O

R = 1°, 2°

Amines : Réactions

intermédiaire tétrahédrique

oxyde d’amine

Page 18: Chimie organique CHM 2302 - Wuest Group 2007/CHM 2302_2007_Part...CHM 2302 - Hiver 2007 Université de Montréal Faculté des arts et des sciences Département de chimie 160 Chimie

CHM 2302 - Hiver 2007Université de MontréalFaculté des arts et des sciencesDépartement de chimie 194

Amines : Réactions

Substitution aromatique

NH2E A

E A

NH2E

AH

NH2E

NH2

EH

A

NH2

E

CHM 2302 - Hiver 2007Université de MontréalFaculté des arts et des sciencesDépartement de chimie 195

Amines : Réactions

• Nitrosation

nitrite de sodiumNO O Na H X+ NO O H NaX+

acide nitreux(généré in situ)

Page 19: Chimie organique CHM 2302 - Wuest Group 2007/CHM 2302_2007_Part...CHM 2302 - Hiver 2007 Université de Montréal Faculté des arts et des sciences Département de chimie 160 Chimie

CHM 2302 - Hiver 2007Université de MontréalFaculté des arts et des sciencesDépartement de chimie 196

Amines : Réactions

• Diazotisation des amines primaires

sel de diazonium(instable)

R NH2

NaNO2/H3O+

R N N X R XN N-

CHM 2302 - Hiver 2007Université de MontréalFaculté des arts et des sciencesDépartement de chimie 197

Amines : Réactions

• Mécanisme de diazotisation

sel de diazonium(instable)

R NH2

NaNO2/H3O+

R N N X R XN N-

force motrice :dégagement de N2

Page 20: Chimie organique CHM 2302 - Wuest Group 2007/CHM 2302_2007_Part...CHM 2302 - Hiver 2007 Université de Montréal Faculté des arts et des sciences Département de chimie 160 Chimie

CHM 2302 - Hiver 2007Université de MontréalFaculté des arts et des sciencesDépartement de chimie 198

H3C NHNaNO2/H3O+

H3C N N

CH3 CH3

O

Amines : Nitrosamines

N-nitrosodiméthylamine

NHNaNO2/H3O+

N N

CH3 CH3

O

N-nitroso-N-méthylaniline

• Nitrosation des amines secondaires

CHM 2302 - Hiver 2007Université de MontréalFaculté des arts et des sciencesDépartement de chimie 199

Amines : Nitrosamines

• Agents cancérigènes

nicotineN

N

H

CH3

N

N

H

N

O

N-nitrosonornicotine(cancérigène dans le tabac)

bacon∆

NaNO2(agent de conservation)

CH3 CH3N NNO NO

+ + d'autres nitrosamines

Page 21: Chimie organique CHM 2302 - Wuest Group 2007/CHM 2302_2007_Part...CHM 2302 - Hiver 2007 Université de Montréal Faculté des arts et des sciences Département de chimie 160 Chimie

CHM 2302 - Hiver 2007Université de MontréalFaculté des arts et des sciencesDépartement de chimie 200

CH3 CH3NNO métabolisme

CH3 CH2OHNNO

CH3N

NOH

H H

O+

CH3N2+

Amines : Nitrosamines

• Origine des effets cancérigènes

DMN(hépatotoxique)

méthyldiazonium(agent d’alkylation)

N

N N

N

NH2

O

H

H

guanine(plusieurs sites nucléophiles)

CHM 2302 - Hiver 2007Université de MontréalFaculté des arts et des sciencesDépartement de chimie 201

Amines : Nitrosation

• Réactions des amines tertiaires

instable

R NNaNO2/HX

R N N

R

O XR

R R

NNaNO2/H3O+

NCH3 CH3

CH3 CH3ON

C-nitrosation(substitution électrophile)

4-nitroso-N,N-diméthylaniline

Page 22: Chimie organique CHM 2302 - Wuest Group 2007/CHM 2302_2007_Part...CHM 2302 - Hiver 2007 Université de Montréal Faculté des arts et des sciences Département de chimie 160 Chimie

CHM 2302 - Hiver 2007Université de MontréalFaculté des arts et des sciencesDépartement de chimie 202

Ar NH2 Ar N2NaNO2

HX

CuO2, Cu(NO3)2 / H2OAr OH

CuCl

CuBr

CuCN

KI

1. HBF42. ∆

H3PO2 / H2O

Ar Cl

Ar Br

Ar CN

Ar I

Ar F

Ar H

Anilines : Diazotisation/substitution

• Sel diazonium stable àbasse température

• Mécanismes pas élucidés• Force motrice : perte de N2

CHM 2302 - Hiver 2007Université de MontréalFaculté des arts et des sciencesDépartement de chimie 203

Anilines : Réaction de SandmeyerMe

NH2 HCl, NaNO2

H2O(0 - 5 °C)

MeN2

+ Cl- CuCl15 - 60 °C

MeCl

NH2 HBr, NaNO2

H2O(0 - 10 °C)

N2+ Br-

CuBr100 °C

Br

Cl Cl Cl

NO2NH2 HCl, NaNO2

H2O(25 °C)

NO2N2

+ Cl- CuCN90 - 100 °C

NO2CN

À noter : rôle du Cu

Page 23: Chimie organique CHM 2302 - Wuest Group 2007/CHM 2302_2007_Part...CHM 2302 - Hiver 2007 Université de Montréal Faculté des arts et des sciences Département de chimie 160 Chimie

CHM 2302 - Hiver 2007Université de MontréalFaculté des arts et des sciencesDépartement de chimie 204

Anilines : Diazotisation/substitution

NH2 H2SO4, NaNO2

H2O(0 - 5 °C)

N2+

KI

O2N O2N O2N

HSO4-

I

NH21. HCl, NaNO2

(0 - 10 °C)

N2+ BF4

- F

Me Me Me

2. HBF4

NH2 H2SO4, NaNO2

H2O(0 - 5 °C)

N2+ CuO/Cu(NO3)2

O2N O2N O2N

HSO4-

OH

H2O

CHM 2302 - Hiver 2007Université de MontréalFaculté des arts et des sciencesDépartement de chimie 205

Anilines : Désamination

N2+X-

HH3PO2

Br

CH3

molécule cible

Page 24: Chimie organique CHM 2302 - Wuest Group 2007/CHM 2302_2007_Part...CHM 2302 - Hiver 2007 Université de Montréal Faculté des arts et des sciences Département de chimie 160 Chimie

CHM 2302 - Hiver 2007Université de MontréalFaculté des arts et des sciencesDépartement de chimie 206

NN+

X-

ED+

NN

ED

H

+

X-

NN

ED

Anilines : Couplage diazoïque

ED = très électrodonneur

(NR2 ou OH)

• composé azoïque• souvent coloré• application comme colorants

CHM 2302 - Hiver 2007Université de MontréalFaculté des arts et des sciencesDépartement de chimie 207

Couplage diazoïque : Rôle du pH

OH

NN

Cl +NaOH

H2O0 °C

pH ~ 10

N N

OH

NMe2

NN

Cl +AcO- +Na

H2O0 °C

pH ~ 5

N N

NMe2

Page 25: Chimie organique CHM 2302 - Wuest Group 2007/CHM 2302_2007_Part...CHM 2302 - Hiver 2007 Université de Montréal Faculté des arts et des sciences Département de chimie 160 Chimie

CHM 2302 - Hiver 2007Université de MontréalFaculté des arts et des sciencesDépartement de chimie 208

Anilines : Couplage diazoïque

phénol

Couplage diazoïque

NN

OH

HOSO2

NN

HO

HOSO2

NN

OH

HOSO2

2-naphtol 1-naphtolN2

+

HOSO2

sel diazonium

CHM 2302 - Hiver 2007Université de MontréalFaculté des arts et des sciencesDépartement de chimie 209

Composés azoïques : CDs et DVDs

• Couche d’enregistrement consiste d’un colorant bleu azoabsorbant vers 780 nm (laser bleu)

• Chauffage provoqué par le faisceau laser rend la couche moins translucide, permettant la lecture subséquente des données

Page 26: Chimie organique CHM 2302 - Wuest Group 2007/CHM 2302_2007_Part...CHM 2302 - Hiver 2007 Université de Montréal Faculté des arts et des sciences Département de chimie 160 Chimie

CHM 2302 - Hiver 2007Université de MontréalFaculté des arts et des sciencesDépartement de chimie 210

Sulfonamides : Test de Hinsberg

• À lire : Section 20.10 dans Solomons & Fryhle

H

NR1

S

O

O

R

R2

NR1

S

O

O

R

• Synthétisés par la réaction de R1R2NH avec un chlorure de sulfonyle (RSO2Cl)

• Analogues aux amides, mais plus difficiles à hydrolyser• Si R1 ou R2 = H, les sulfonamides sont suffisamment

acides pour les extraire dans HO-/H2O (utilisé dans le test de Hinsberg)

CHM 2302 - Hiver 2007Université de MontréalFaculté des arts et des sciencesDépartement de chimie 211

• L’idée qu’un composé synthétique pourrait avoir un effet thérapeutique date du début du 20ième siècle

• Découverte du Trypan rouge par Ehrlich en 1907 (trypanosomiasis) et du salvarsan en 1910 (syphilis)

Chimiothérapie : Sulfanilamides

• Paul Ehrlich (1854-1915)

• Prix Nobel 1908

N N

NH2NaO3S

NaO3S

NaO3S

NN

H2N SO3Na

SO3Na

As As

NH2

OHHO

H2N

Trypan rouge

Salvarsan

Page 27: Chimie organique CHM 2302 - Wuest Group 2007/CHM 2302_2007_Part...CHM 2302 - Hiver 2007 Université de Montréal Faculté des arts et des sciences Département de chimie 160 Chimie

CHM 2302 - Hiver 2007Université de MontréalFaculté des arts et des sciencesDépartement de chimie 212

Chimiothérapie : Sulfanilamides

Prontosil

NH2

H2N N N SO

ONH2 H2N S

O

ONH2

• Prontosil est toxique au Streptococcus• Vrai composé actif est le sulfanilamide, produit

par métabolisme du colorant• Composé prototypique d’une grande famille

d’antibiotiques

sulfanilamide

CHM 2302 - Hiver 2007Université de MontréalFaculté des arts et des sciencesDépartement de chimie 213

Sulfanilamides : Mécanisme d’action

H2N S

O

O

NH2

• Structure analogue à celle de l’acide 4-aminobenzoïque• Les sulfanilamides inhibent la biosynthèse de l’acide

folique

sulfanilamide

H2N C

O

NH2

acide 4-aminobenzoïque

N

N

N

NH2N

O

HN

O

HN CO2H

CO2H

H

acide folique

Page 28: Chimie organique CHM 2302 - Wuest Group 2007/CHM 2302_2007_Part...CHM 2302 - Hiver 2007 Université de Montréal Faculté des arts et des sciences Département de chimie 160 Chimie

CHM 2302 - Hiver 2007Université de MontréalFaculté des arts et des sciencesDépartement de chimie 214

Sulfanilamides : Synthèse

NH2

Ac2OHN Me

O

2 HOSO2Cl

HN Me

O

SO2Cl

R NH2

HN Me

O

SO2NHR

1. HCl dilué, ∆

2. HCO3Na

NH2

SO2NHR

CHM 2302 - Hiver 2007Université de MontréalFaculté des arts et des sciencesDépartement de chimie 215

Élimination de Hofmann

RN

CH3

CH3

CH3X OH

Ag2O

H2O2 AgX+2

150 °C (-H2O, -N(CH3)3)

R

RN

CH3

CH3

CH32

RN

H3C

CH3

CH3

150 °CR

H OH

RN

H3C

CH3

CH3

HOH

δ ‡

δ

• produit cinétique• ÉT ressemble au

produit de départ

Page 29: Chimie organique CHM 2302 - Wuest Group 2007/CHM 2302_2007_Part...CHM 2302 - Hiver 2007 Université de Montréal Faculté des arts et des sciences Département de chimie 160 Chimie

CHM 2302 - Hiver 2007Université de MontréalFaculté des arts et des sciencesDépartement de chimie 216

Élimination de Cope

• élimination concertée• ÉT cyclique

RN

O

R150 °CH

RN

OHδ

δ

CHM 2302 - Hiver 2007Université de MontréalFaculté des arts et des sciencesDépartement de chimie 217

Amines hétérocycliques : Propriétés

NH4 NH3

pKa = 9.4

-H+

+H+NH2

-H+

+H+

pKa = 36

Ammoniac

NH

NH H pKa = 11.2

-H+

+H+Pyrrolidine

NH

-H+

+H+ NH

pKa = -3.8

HH -H+

+H+ N

pKa = 17.5

Pyrrole

• N sp2 hybridé• Paire d’électrons impliquée dans la résonance (aromatique)• C-protonation

Page 30: Chimie organique CHM 2302 - Wuest Group 2007/CHM 2302_2007_Part...CHM 2302 - Hiver 2007 Université de Montréal Faculté des arts et des sciences Département de chimie 160 Chimie

CHM 2302 - Hiver 2007Université de MontréalFaculté des arts et des sciencesDépartement de chimie 218

Amines hétérocycliques : Propriétés

Pyridine

• N hybridation dans pyridine : sp2

• Paire d’électrons n’est pas impliquée dans la résonance• La pyridine est plus basique que la pyrrole mais moins

basique que la pipéridine (paire dans une orbitale sp3 vs sp2 pour la pyridine)

-H+

+H+

pKa = 5.2NN

H

pKa = 11.1

-H+

+H+NH

NH H

Pipéridine

CHM 2302 - Hiver 2007Université de MontréalFaculté des arts et des sciencesDépartement de chimie 219

Hétérocycles : Alkylation/acylation

alkylpyridinium salt

NH

RCH2 Br

NCH2R

NCH2R

RCH2

+Br

N

RCH2 Br

NCH2R

Br

NH

RC ClO

N

O R

Page 31: Chimie organique CHM 2302 - Wuest Group 2007/CHM 2302_2007_Part...CHM 2302 - Hiver 2007 Université de Montréal Faculté des arts et des sciences Département de chimie 160 Chimie

CHM 2302 - Hiver 2007Université de MontréalFaculté des arts et des sciencesDépartement de chimie 220

Pyrrole : Substitution électrophile

N+ E+

Position 2

Position 3

N

N

EH

HE

N HE

N HE

N

EH

H

H

H H

H H

• Substitution en 2 (α) : plus de structures de résonance• Charge mieux distribuée• Substitution en 2 favorisée

CHM 2302 - Hiver 2007Université de MontréalFaculté des arts et des sciencesDépartement de chimie 221

Furan/thiophène : Attaque électrophile

• Substitution en 2 toujours favorisée

OFurane

Br2

dioxane O Br

SThiophène

Ph Cl

O

AlCl3 SO

Ph

Page 32: Chimie organique CHM 2302 - Wuest Group 2007/CHM 2302_2007_Part...CHM 2302 - Hiver 2007 Université de Montréal Faculté des arts et des sciences Département de chimie 160 Chimie

CHM 2302 - Hiver 2007Université de MontréalFaculté des arts et des sciencesDépartement de chimie 222

Ordre de réactivité

• La pyridine est peu réactive• Substitution électrophile favorisée en position 3

S

Thiophène

N

Pyrrole

O

FuraneBenzène

>> >

N

>

PyridineH

N+ HNO3

H2SO4

330°CN

NO2

15% rendement

CHM 2302 - Hiver 2007Université de MontréalFaculté des arts et des sciencesDépartement de chimie 223

Substitutions nucléophiles aromatiques

• Présence de N (plus électronégatif que C) permet l’addition d’un nucléophile au cycle

• Substitution permise en positions 2, 4 et 6• Réactions analogues impossibles avec un dérivé

du benzène non-activé

Réaction de Chichibabin

N

1) NaNH2

toluène/100 °C N NH270%2) H2O

Page 33: Chimie organique CHM 2302 - Wuest Group 2007/CHM 2302_2007_Part...CHM 2302 - Hiver 2007 Université de Montréal Faculté des arts et des sciences Département de chimie 160 Chimie

CHM 2302 - Hiver 2007Université de MontréalFaculté des arts et des sciencesDépartement de chimie 224

Substitutions nucléophiles aromatiques

• Présence de N permet l’addition d’un nucléophile au cycle

• Substitution permise en positions 2, 4 et 6• Réactions analogues impossibles avec un dérivé

du benzène non-activé

N

NH3

N NH2Br H2O, ∆

2-Aminopyridine

CHM 2302 - Hiver 2007Université de MontréalFaculté des arts et des sciencesDépartement de chimie 225

Substitutions nucléophiles aromatiques

• Présence de N+ facilite l’addition d’un nucléophile au cycle

• Attaque permise en positions 2, 4 et 6• Produit non-aromatique• Réactions analogues impossibles avec un dérivé

du benzène non-activé

NCH3

X

NaBH4

NCH3

Page 34: Chimie organique CHM 2302 - Wuest Group 2007/CHM 2302_2007_Part...CHM 2302 - Hiver 2007 Université de Montréal Faculté des arts et des sciences Département de chimie 160 Chimie

CHM 2302 - Hiver 2007Université de MontréalFaculté des arts et des sciencesDépartement de chimie 226

Synthèse hétérocyclique

• Synthèse de Knorr (pyrroles à partir d’un composécarbonylé α-aminé et d’une cétone)

OEt

O

NH2

OOEt

O O

CH3CO2H NH

Me

Me

CO2Et

EtO2C

CHM 2302 - Hiver 2007Université de MontréalFaculté des arts et des sciencesDépartement de chimie 227

Synthèse hétérocyclique

• Synthèse de Knorr (pyrroles à partir d’un composécarbonylé α-aminé et d’une cétone)

ONH3 Cl +

O NaOH

NH

Me

Me

Page 35: Chimie organique CHM 2302 - Wuest Group 2007/CHM 2302_2007_Part...CHM 2302 - Hiver 2007 Université de Montréal Faculté des arts et des sciences Département de chimie 160 Chimie

CHM 2302 - Hiver 2007Université de MontréalFaculté des arts et des sciencesDépartement de chimie 228

Synthèse hétérocyclique

• Synthèse de Hansch (pyridines à partir d’un β–cétoester, ammoniac et un aldéhyde)

OEt

O O2 + NH3 +

H H

O

NH

MeMe

CO2EtEtO2CH H

NH

MeMe

CO2EtEtO2CH H

HNO3

H2SO4 N MeMe

CO2EtEtO2C

CHM 2302 - Hiver 2007Université de MontréalFaculté des arts et des sciencesDépartement de chimie 229

Synthèse de Hansch

Page 36: Chimie organique CHM 2302 - Wuest Group 2007/CHM 2302_2007_Part...CHM 2302 - Hiver 2007 Université de Montréal Faculté des arts et des sciences Département de chimie 160 Chimie

CHM 2302 - Hiver 2007Université de MontréalFaculté des arts et des sciencesDépartement de chimie 230

Synthèse hétérocyclique

• Synthèse de Skraup (quinolines à partir d’une aniline et d’un dérivé pouvant générer l’acroléine)

NH2 HO OHOH

+H2SO4

O2 N

CHM 2302 - Hiver 2007Université de MontréalFaculté des arts et des sciencesDépartement de chimie 231

Alkaloïdes

Alkaloïdes : Bases azotées et leurs dérivés obtenus par l’extraction des plantes

NCH3

N

H

OCH3CH2 N

CH3CH2

H

• LSD (lysergic acid diethylamide)

• Effets hallucinogènes découverts en 1943 par Albert Hofmann chez Sandoz

• M. Hofmann a 101 ans en 2007

Page 37: Chimie organique CHM 2302 - Wuest Group 2007/CHM 2302_2007_Part...CHM 2302 - Hiver 2007 Université de Montréal Faculté des arts et des sciences Département de chimie 160 Chimie

CHM 2302 - Hiver 2007Université de MontréalFaculté des arts et des sciencesDépartement de chimie 232

Découverte du LSD

Albert Hofmann

"Last Friday, April 16,1943, I was forced to interrupt my work in the laboratory in the middle of the afternoon and proceed home, being affected by a remarkable restlessness, combined with a slight dizziness. At home I lay down and sank into a not unpleasant intoxicated-like condition, characterized by an extremely stimulated imagination. In a dreamlike state, with eyes closed (I found the daylight to be unpleasantly glaring), I perceived an uninterrupted stream of fantastic pictures, extraordinary shapes with intense, kaleidoscopic play of colors. After some two hours this condition faded away.."

CHM 2302 - Hiver 2007Université de MontréalFaculté des arts et des sciencesDépartement de chimie 233

Découverte du LSD

Albert Hofmann

"This was, altogether, a remarkable experience -both in its sudden onset and its extraordinary course. It seemed to have resulted from some external toxic influence; I surmised a connection with the substance I had been working with at the time, lysergic acid diethylamide tartrate. But this led to another question: how had I managed to absorb this material? Because of the known toxicity of ergot substances, I always maintained meticulously neat work habits. Possibly a bit of the LSD solution had contacted my fingertips during crystallization, and a trace of the substance was absorbed through the skin. If LSD-25 had indeed been the cause of this bizarre experience, then it must be a substance of extraordinary potency. There seemed to be only one way of getting to the bottom of this. I decided on a self-experiment."

Page 38: Chimie organique CHM 2302 - Wuest Group 2007/CHM 2302_2007_Part...CHM 2302 - Hiver 2007 Université de Montréal Faculté des arts et des sciences Département de chimie 160 Chimie

CHM 2302 - Hiver 2007Université de MontréalFaculté des arts et des sciencesDépartement de chimie 234

Découverte du LSD

Albert Hofmann

"Time and again I hear or read that LSD was discovered by accident. This is only partly true. LSD came into being within a systematic research program, and the "accident" did not occur until much later: when LSD was already five years old, I happened to experience its unforeseeable effects in my own body - or rather, in my own mind."

“La chance ne sourit qu'auxesprits bien préparés.”

Louis Pasteur