Cours de Chimie Organique

Janvier 2005Version 4.0

Tables des matires

PKA DES PRINCIPAUX ACIDES ET BASES ORGANIQUES ET INORGANIQUES 1

LISTE DES FONCTIONS UTILISEES EN CHIMIE ORGANIQUE 7 Carbones, Hydrognes 7 Carbones, Hydrognes, Oxygnes 8 Carbones, Hydrognes, Oxygnes, Azotes 9 Carbones, Hydrognes, Oxygnes, Azotes, Soufres, ... 10

GENERALITES 13 Formation des liaisons 13 Hybridation 13 Tableau des nergies de liaisons 14 Acides et Bases de Lewis 14

STEREOCHIMIE 15 Quelques dfinitions 15 Reprsentation de Fischer 18 Reprsentation de Newman 19 Cas des allnes 20 Atropoisomrisme 20 Tableau rcapitulatif des isomries 21

CONFORMATIONS 23

EFFETS ELECTRONIQUES 25 Effets inductifs 25 Effets msomres 26 Tables de donnes 27

PROTONS ENANTIO ET DIASTEREOTOPIQUES 29 Protons nantiotopiques 29 Protons diastrotopiques 29

ALCENES 33 Gnralits 33 Hydrognation 33 Additions lectrophiles 34 Oxydations 35 Addition radicalaire 37 Cycloaddition 37 Dines 37 Substitution 38 Iodothrification 38

Mtathse des olfines 38

ALCYNES 41 Gnralits 41 Acidit 41 Rduction 42 Additions lectrophiles 42 Isomrisation 43

HYDROCARBURES AROMATIQUES 45 Gnralits 45 Substitutions lectrophiles SEAr 47 Substitutions Ipso 49 Substitutions nuclophiles aromatiques SNAr 49 Oxydations 50 Rductions 50 Action sur le H en position benzylique 51 Protection de l'aniline 51 Raction de Kolbe 51 Raction de Reimer Teiman 51 Protection de la position para 51

DERIVES HALOGENES 53 Gnralits 53 Nuclophile et nuclophilie 53 Substitutions nuclophiles 53 Eliminations 55 Fragmentation de Grob 58 Drivs dihalogns 58 Rduction des drivs halogns 58

ORGANOMETALLIQUES 61 Gnralits 61 Lithiens 61 Magnsiens 62 Caractre nuclophile des magnsiens 63 Tableau des ractions avec un ractif de Grignard (R-MgX) 63 Organocuprates 64

ALCOOLS ET PHENOLS 65 Proprits des alcools 65 Proprits des phnols 65 Liaisons hydrognes 65 Halogno-alcanes 66 Halognation des alcools 66 Dshydratation des alcools 67 Oxydation des alcools et glycols 68 Ractions particulires aux phnols 69 Ether oxydes 71 Epoxydes-Oxiranes 71

Epoxydation de Sharpless 72 Oxydation par le ractif de Dess Martin 73 Ractions spcifiques aux phnols 74

ALDEHYDES ET CETONES 75 Gnralits 75 Formation des drivs carbonyls 76 Protection des drivs carbonyls 78 Ractivit des drivs carbonyls 78 Tests caractristiques des drivs carbonyls 83 Rduction et Oxydation des carbonyls 84 Alkylation 85 Action des Organomtalliques 88 Drivs dicarbonyls 89

ACIDES CARBOXYLIQUES ET DERIVES DACIDE 91 Gnralits 91 Prparation des drivs d'acides 92 Estrification 93 Hydrolyse des esters 94 Prparation des amides 95 Organomtalliques 96 Rductions 97 Dcarboxylation 98 Action du diazomthane ou raction de Arndt-Eistert 98 Amides et Nitriles 99 Ractivit en 100 Condensations 101 Alkylation d'un ester 101 Systme malonique 101 Hydroxyalkylation 101 Acides Alcools 103

GLUCIDES 105 Gnralits 105 Chimie des Sucres 106 Oxydations 106 Dgradation de Whol 107 Dgradation de Ruff 107 Protection des alcools vicinaux 108 Agrandissement des chanes 108 Action de l'hydroxylamine 108 Synthses diverses 108

AMINES 111 Gnralits 111 Alkylation 112 Elimination d'Hofmann 112 Acylation 112 Sulfonation 113

Nitrosation 113 Ractions sur les carbonyls 114 Mthodes de prparation 114 Rarrangements 115

AMINO-ACIDES 117 Gnralits 117 Fonction Acide 119 Fonction Amine 120 Protection et dprotection d'une fonction amine 120 Prparation 120 Raction de Dakin-West 121 Couplages peptidiques 121 Composition des peptides 121

COMPOSES DU PHOSPHORE 125 Gnralits 125 Nuclophilie 125 Raction de Wittig 128 Raction de Horner-Wadsworth-Emmons 130 Caractre thiophile 131 Ractifs fonctionnaliss 131 Applications de la raction de Wittig 132 Raction de Wittig et Allylation 132

COMPOSES DU SOUFRE ET DU SELENIUM 135 Gnralits 135 Thiols 135 Fonction Sulfure 136 Sulfoxydes 137 Stabilisation des carbanions au pied du soufre 138 Emploi des drivs du soufre en synthse 139 Comparaison entre les thiothers et les composs du slnium 140 Drivs double liaison CS 141 Ractif de Lawesson 142

COMPOSES DU SILICIUM 143 Gnralits 143 Stabilisation des carbocations en 143 Stabilisation des carbanions en 147 Liaisons Silicium Htroatome 148 Rarrangement de Brook 150

COMPOSES DU BORE 153 Gnralits 153 Hydroboration des alcnes 154 Ractions sur les alcynes 155 Rgioslectivit des composs comportant un htroatome en position vinylique ou allylique 156 Hydroboration des drivs carbonyls 157 Rduction nantioslective de ctones en alcools (Oxazaborolidines de Corey) 158

Transposition Carbone-Bore-Carbone Carbone-Carbone-Bore 159 Ractions de couplages 160 Rductions en tous genres 160

COMPOSES DE L'ETAIN 163 Gnralits 163 Raction d'change tain - lithien 163 Ractions radicalaires 163 Ractions de couplage 163 Rduction d'alcyne en vinylstannate 164 Echange Halogne Etain 164

REACTIONS D'OXYDATION 167 Gnralits 167 Les ractions faisant intervenir le dpart d'atomes d'hydrogne 168 Raction impliquant la rupture d'une liaison C-C 172 Ractions impliquant le remplacement d'un hydrogne par un oxygne 174 Raction o un oxygne est ajout au substrat 175 Ractions de couplage oxydant 176

REACTIONS DE REDUCTION 177 Gnralits 177 Ractions impliquant le remplacement d'un oxygne (ou un halogne) par un hydrogne 178 Rduction dans laquelle un oxygne est enlev du substrat 181 Rduction dans laquelle des atomes d'hydrogne sont ajouts au substrat (cas des insaturations carbones) 182 Rduction par rupture de liaison 183

CYCLOADDITIONS 185 Gnralits 185 Tableau des nergies relatives 186 Ractions intermolculaires 188 Ractions intramolculaires 189 Ractions 1,3-Dipolaires 190 Ene ractions 192 Ractions de [3+2] 193 Ractions de [2+2] 194

REARRANGEMENTS SIGMATROPIQUES 197 Gnralits 197 Rarrangement de Claisen 197 Rarrangement de Cope 199 Rarrangement de Carroll 200

OXAZOLIDINONES D'EVANS 203 Formation des copules 203 Mcanisme d'action 203 Addition d'lectrophiles 204 Condensation aldolique 206

Dprotection 208

CHIMIE RADICALAIRE 211 Les diffrents types de radicaux 211 Ractions de chanes 212 Transfert d'atomes ou de groupes d'atomes 214 Ractions d'additions 215 Autres ractifs permettant d'obtenir un radical 216 Formation de cycles 216 Utilisation de Bu3SnSnBu3 219 Formation de radicaux par d'autres mthodes 219

PHOTOCHIMIE 221 Raction de Norrish I 221 Raction de Norrish II 222 Arrachement d'hydrogne 1,5 223 Ractions d'nones en photochimie 223 Cycloadditions 224 Rarrangement oxo-di--mthane 225 Rarrangement de dinones 226 Cyclopropane vinylique 226 Formation de cyclopropanes 226

PROTECTION DES FONCTIONS ALCOOLS, AMINES ET CARBONYLES 227 Protection des alcools 227 Protection des diols et des carbonyles 229 Protection des amines 230

COMPOSES DU ZIRCONIUM 233 Hydrozirconation 233 Formation de Mtallacycles 235 Mthyle zirconaalcanes 236 Jonction de Cycles 237 Rduction de cycle 238

COMPOSES DU TITANE 239 Hydrotitanation 239 Raction de Mac Murry 240 Mtallacycles avec le titane 241 Raction de Kulinkovich 241 Ractif de Tebbe 242 Raction de Ptasis 243

CHIMIE ORGANOMETALLIQUE - LIGANDS 245 Liste de ligands pour la catalyse asymtrique 245 Comparaison des diffrents types de ligands pour la catalyse asymtrique 246

CHIMIE ORGANOMETALLIQUE - COBALT 247

Raction de Vollhardt 247 Raction de Nicholas 249

CHIMIE ORGANOMETALLIQUE - PALLADIUM 253

Complexes -allyles du palladium 253 Couplages Palladocatalyss 254 Ractions Palladocalyses 258

CHIMIE ORGANOMETALLIQUE - RUTHENIUM 261 Hydrognation 261 Mtathse 263

REGLES DE BALDWIN 275 Rgles sur les systmes ttragonaux 276 Rgles sur les systmes trigonaux 277 Rgles sur les systmes digonaux 277 Angle d'approche 278 Cas de la cyclisation cationique 278

ECRITURE DES MECANISMES REACTIONNELS 279 Flches de raction 279

LES SOLVANTS EN CHIMIE ORGANIQUE 281 Solvants aprotiques apolaires 281 Solvants aprotiques polaires 281 Solvants protiques 281

MECANISMES REACTIONNELS - NOTIONS DE BASE 285 Diagramme d'nergie 285 Postulat de Hammond 286 Contrle cintique et contrle thermodynamique 287

MECANISMES REACTIONNELS EFFETS ISOTOPIQUES 289 Effets isotopiques primaires 289 Effets isotopiques secondaires 290

Abrv. Signification Structure

18-C-6 18 ther couronne 6

9-BBN 9-Borabicyclo[3.3.1]nonane B

H

B H

Ac Actate

H3CO

act. Activ

AIBN Azobisisobutyronitrile

NCN N

CN AL Acide de Lewis

Allyl Allyle APTS PTSA

Acide paratolune sulfonique (PTSA en anglais) H3C S

O

OOH

aq. Aqueux

Ar Aryle : Groupement aromatique substitu par un ou plusieurs groupes

R Bn Benzyle

Boc tert-butyloxycarbonyle

O

O

Boc2O di-tert-butyloxycarbonate

BTMSA Bis(trimthylsilyl)acetylne TMS TMS Bz Benzoyle

O cat. Catalytique

CBS Corey, Bakshy, Shibata. Oxazaborolidines de Corey

Cbz Carboxybenzoyle

O

O

Cy Cyclohexyle

CyH Cyclohexane

DABCO 1,4-Diaza-bicyclo[2.2.2]octane

NN

DBU 1,8-Diazabicylo[5.4.0]undec-7-ne

N N

DCM Dichloromthane aussi appel chlorure de mthylne

DEAD Diethylazodicarboxylate, not que ce compos est trs peut stable et qu'il est remplac par le DIAD (diisopropylazodicarboxylate). N N

CO2EtEtO2C

DiBAlH Hydrure de Diisobutylaluminium

AlH

DMAP 4-Dimthylaminopyridine

N N

DME Dimthoxythane OO

DMF Dimthylformamide O

HN

CH3

CH3 DMP Dess Martin periodinane

1,1,1-triacetoxy-1,1-dihydro-1,2-benziodoxol-3(1H)-one O

I

O

OAcOAcAcO

DMS Dimthylsulfure

H3CS

CH3 DMSO Dimthylsulfoxyde

H3CS

CH3

O

E Ether thylique H3C O CH3 ed Excs diastroisomrique (de en anglais, pour diastroisomric exces). Certaines personnes

parlent aussi de dr qui signifie diastroisomric ratio, ou 'ds' pour diastroslectivit. Enfin, deux coles saffrontent entre ceux qui disent diastroisomrique ceux qui disent diastromrique.

EDC ou EDCI Chlorhydrate de 1-(3-dimthylaminopropyl)-3-thylcarbodiimide

NH

N

N

Cl

ee Excs nantiomrique

ent Enantiomre

ERG 'Electron Releasing Group', groupement lectrodonneur (inverse de EWG)

EtOH Ethanol

Fmoc 9-Fluorenylmethoxycarbonyle

OO

GEA ou EWG Groupe lectroattracteur (Electron Withdrawing Group en anglais)

GP ou PG Groupe protecteur (Protecting Group en anglais)

Grubbs Benzylidne-bis(tricyclohexylphosphine) dichlororuthnium Ru

Ph

PCy3

PCy3ClCl

Grubbs II Benzylidne[1,3-bis(2,4,6-trimthylphnyl)-2-

imidazolidinylidne]dichloro-(tricyclohexylphosphine) ruthnium

RuPhPCy3

ClCl

N N

HMPA HMPT

Hexamthylphosphotriamide Hexamthylphosphinetriamide Ici on utilise la dfinition anglosaxone pour ces composs, en franais le HMPT correspond l' hexamthylphosphotriamide et inversement pour le HMPA.

NP

NNO

NP

NN

HMPA HMPT HOBt 1-Hydroxybenzotriazole

NN

NOH

HOMO 'Highest Occupied Molecular Orbital' ou Orbitale molculaire la plus haute occupe

HSAB 'Hard and Soft acid base' thorie des acides et bases durs et mous.

IBX Acide ortho-iodoxybenzoque Oxyde de 10-I-4 iodinane 1-hydroxy-1,2-benziodoxol-3(1H)-one O

I

O

OHO

Imd. Imidazole

HN N

LAH Ou LiAlH4, hydrure double de lithium et d'aluminium.

LDA Lithium diisopropylamine

NLi

L-DIPT L-Diisopropyltartrate

i-PrO2CCO2i-Pr

OH

OH LiHMDS

KHMDS

NaHMDS

Lithium Hexamthyldisilazane Lithium bis(trimthylsilyl)amide

Potassium Hexamthyldisilazane

Sodium Hexamthyldisilazane

SiCH3CH3

SiNH3C

H3CCH3

CH3

MetMet = Li, K, Na

LUMO 'Lowest Unoccupied Molecular Orbital' ou Orbitale molculaire la plus basse non occupe

mCPBA Acide mta-chloroperbenzoque

O

OO

HCl

Mes 2,4,6-trimthylphnyle CH3

CH3

H3C

MMPP Magnsium mono peroxyphtalate

O

OO

HO

O 2

Mg2+ . 6H2O

MOM Mthoxymthyle O MOPH Ractif de Mimoun : Mlange de MnO5, pyridine, HMPA

Ms Mthanesulfonyle H3C S

O

O napht. Naphtyle

NBS NCS NIS

N-bromosuccinimide N-chlorosuccinimide N-iodosuccinimide N

O

O

X X = Br, Cl, I

NMM N-mthylmorpholine

NO CH3

NMO N-oxyde de N-mthylmorpholine NO

CH3

O Nu Nuclophile

Ox. Oxydation

Oxone Sel triple de monopersulfate de potassium : 2KHSO5/KHSO4/K2SO4

PCC Chlorochromate de pyridinium

NH

Cl CrO3

PDC Dichromate de pyridinium

NH 2

Cr2O72-

Ph Phnyle

Quant. Quantitatif

RCM Ring-Closing Metathesis Mtathse par fermeture de cycle

Rdt Rendement

Red. Rduction

rt Temprature ambiante

sat. Satur

SE Substitution lectrophile

SN Substitution nuclophile

TBS ou TBDMS

tert-Butyldimthylsilyle Si

Tf Triflate

F3C SO

O TFAA Anhydride trifluoroactique

F3C

F3CO

O

O THF Ttrahydrofuranne

TIPSOTf Triisopropylsilyl triflate

TMEDA Tetramethylnediamine NN

TMS Trimthylsilane

Si

Ts Tosylate H3C S

O

O TTMSS Tris(trimthylsilyl)silane TMS

TMSSiTMS H

Gnralits

Tableau des pKa des principaux acides et bases organiques et inorganiques

http://membres.lycos.fr/nico911/chorga.html 1

pKa des principaux acides et bases organiques et inorganiques

Une des notions les plus importantes en chimie organique est l'acidit d'une molcule. Contrairement la chimie gnrale o sont utiliss des acides et des bases pour faire des dosages, en chimie organique on l'utilise pour la synthse.

R OH + NaH R OR' X

R O R' Dans l'exemple ci-dessus, on dprotone un alcool (pKa = 16) l'aide d'une base forte, ici NaH (pKa = 35), pour pouvoir faire une O-alkylation dans la seconde tape.

STOP

En chimie organique, l'chelle des pKa est grande plus tendue que celle utilise en chimie gnrale (c'est--dire la chimie dans l'eau). Ainsi, OH- (pKa = 15.74) n'est pas une base forte en chimie organique. En revanche les bases de pKa >30 sont des bases fortes, car on travaille dans des solvants organiques et non plus dans l'eau.

Les pKa nous permettent ainsi de mieux comprendre certaines notions. Pourquoi les organomagnsiens et organolithiens ne supportent pas la prsence des fonctions alcool et acide ? Parce que dans ces fonctions, il y a des protons acides. Or ces organomtalliques sont aussi de bonnes bases R- (pKa > 40). Il y aura donc raction acido-basique entre le proton acide de la fonction alcool ou acide et le magnsien.

R OH + R' MgX R O + R' H

Convention utilise dans le tableau ci-dessous Les pKa reprsents dans le tableau suivant concernent une molcule donne ou un groupe de molcules (groupe fonctionnel, exemple : alcool primaire, secondaire, tertiaire). Pour certaines molcules il y a deux pKa possibles, c'est--dire deux acidits. La premire (la plus acide) concerne la protonation (en bleu), la seconde concerne le dprotonation (en rouge).

OH

OR

O

OR

OH

OR

H + H - H

Notes : R reprsente un radical quelconque. Exemple : R = CH3-, CH3-CH2-, Ar reprsente un groupement aryle, c'est--dire un cycle aromatique mono ou polysubstitu.

X

Ici le cycle aromatique est substitu par le groupement X. La reprsentation utilise indique que l'on ne connat pas la position de X, c'est--dire que l'on ne sait pas si X est en position ortho, mta ou para.



Forme acide Forme basique pKa

O

H

O

H

-13

RNO2H+ RNO2 -12 ArNO2H+ ArNO2 -11 HClO4 ClO4- -10 HI I- -10

CR N H CR N -10

S

H

S

H

-10

HO

HR

O

HR

-10

H2SO4 HSO4 HBr Br - -9

NH3 NH3

Proton Sponge

NH3 NH2

-9

HO

OR'Ar

O

OR'Ar

-7.4

HO

OHAr

O

OHAr

-7

HO

HAr

O

HAr

-7

HCl Cl- -7 RSH2+ RSH -7

HO

R'R

O

R'R

-7

ArSO3H ArSO3- -6.5 HO

OR'R

O

OR'R

-6.5

ArOH2+ ArOH -6.4 HO

OHR

O

OHR

-6

HO

RAr

O

RAr

-6

ArO

R

H

ArO

R -6


N CC

CNC HN

N CC

CNCN

-5

Ar3NH+ Ar3N -5 HO

HH

O

HH

-4

NH

H

NH

H

-3.8

RO

R'

H

RO

R' -3.5

R1

R3 HO

HR2

R1

R3 HOR2

-2

R1

R2 HO

H

R1

R2 HO

-2

R

HO

H

R

HO

-2

H3O+ H2O -1.74 HO

NH2Ar

O

NH2Ar

-1.5

HNO3 NO3- -1.4 HO

NH2R

O

NH2R

-0.5

N

O

H

N

O 0.8

Ar2NH2+ Ar2NH 1 HSO4- SO42- 1.99

N

S

H

N

S 2.53

NN

H

H N

N

H 2.97

HF F- 3.17 HNO2 NO2- 3.29 ArNH3+ ArNH2 3-5

H

ArNR1

R2 R2

R1NAr

3-5

OH

O

O

O

4.25



Forme acide Forme basique pKa O

OR

H

O

OR

4-5

H H

O O

H H

O O

5

N H

N

5.29

CF3SO2NH2 CF3SO2NH 6.3 H2CO3 HCO3- 6.35 H2S HS- 7

N

NH

H

N

NH 7

SHX

S

X

6-8

O OH

OH3C

O O

OH3C

8.2

NH

O

O

N

O

O

8.30

NOH

H

NHO

8.36

NN

H N

N

DABCO 8.82

Ph NH

OHO

Ph NOH

O

8.88

O O

O O

9

NH

N 9

R3P H R3P 9 HCN CN- 9.2 NH4+ NH3 9.24

OHX

O

X

8-11

NO2R

NO2R

10

NN

NH

NN

N

10

R1

R3NR2 H

R1

R3NR2

10-11

Forme acide Forme basique pKa RNH3+ RNH2 10-11 HCO3- CO32- 10.33

NH3

NH2

10.66

RSH RS- 10-11 H

HNR1

R2

R1

R2N H

11

NH

H

NH

11

NC CN NC CN 11

OR

O O

OR

O O

11

MeOOH MeOO 11.5 HOOH HOO 11.6

NHO

O

Bn

NO

O

Bn

12

NH3 NH2

NH2 NH2

12

S SOO OO

S SOO OO

12.5

EtO OEt

O O

EtO OEt

O O

13

H CH3

O

H CH2

O

13.5

N

NH

N

N

14.52

CH3OH CH3O- 15.2 H2O OH- 15.74

16

RH

O

R

H

O

16

ROH

RO 16

NH N

16.5

R1

R2OH

R1

R2O

16.5



Forme acide Forme basique pKa R1

R3OHR2

R1

R3OR2

17

R NH2

O

R NH

O

17

RR'

O

RR'

O

19-20

20

23

ROR'

O R

OR'

O 24.5

NH2X

NH

X

25

H C C H H C C 25 R CN

R CN 25 Me3Si N

HSiMe3

Me3Si N

SiMe3

26

X X

X

X X

X

31.5


Ph

PhHPh

Ph

PhPh

31.5

H3C SCH3

O H3C S

CH2

O 33

X X X X

33.5

H2 H- 35 iPr2NH iPr2N- 36 NH3 NH2- 38

CH3

CH2

40

43

43

HC

HC

H

H

HC

HC H

44

46 CH4 CH3- 48 C2H6 C2H5- 50

H3C

HH3C H

H3C

HH3C

51

H3C

H3CH3C H

H3C

H3CH3C

> 51

De ce tableau, ressort quelques faits intressant notamment sur le pKa de certaines

espces en fonction de ltat dhybridation de leur voisin. Ainsi, un proton sur un carbone hybrid sp est plus acide quun proton sur un carbone sp2 lui mme plus acide quun proton sur un carbone hybrid sp3.

spsp2sp3

H3C CH3 / H3C CH2 H2C CH2 / H2C CH HC CH / HC CpKa = 50 pKa = 44 pKa = 25

Le plus basique Le plus acide

Plus concrtement, voici ce que lon peut observer pour un alcool ou un acide carboxylique :

OH OH OHOH

pKa = 16.1 pKa = 15.5 pKa = 15.4 pKa = 13.5



OH OH OHOH

pKa = 4.9 pKa = 4.2 pKa = 4.2 pKa = 1.9O O

OO

En conclusion, une triple liaison (c'est--dire une hybridation de type sp) induit une plus grande acidit des protons acides proximit.

STOP

Lorsque lon veut comparer lacidit de diffrents composs organique, on regarde la base conjugue. Si la charge ngative peut tre dlocalise, alors lanion est plus stable et donc lacide conjugu est plus fort.

Liste des fonctions utilises en chimie organique



Cette page propose une liste non exhaustive des diffrentes fonctions que l'on peut rencontrer en chimie organique. Bien sr, une mme molcule peut contenir plusieurs de ces fonctions. C'est l, tout l'intrt de la chimie organique, puisqu'il faudra faire attention toutes les fonctions prsentes sur une molcule avant de faire une raction. La liste suivante ne s'intressera donc qu'au groupement donnant le nom la fonction, on ne tiendra pas compte ici du reste de la molcule. Dans certains cas (les terpnes) on donnera des exemples qui permettent de mieux illustrer cette famille. Carbones, Hydrognes alcnes Z ou cis alcnes E ou trans alcynes disubstitus Alcynes vrais R1

R2 R1

R2 R1 R2 R1 H

dcaline cis dcaline trans Hydrocarbures aromatiques

R R

Allnes Carbnes Dines Squelette des strodes

R CH2 R1

R2 A B

C D12

3

45

67

8

910

11

1213

14 15

16

17

cyclohexane : forme chaise

cyclohexane : forme chaise inverse (par rapport la prcdente)

cyclohexane : forme bateau

naphtalne anthracne ttracne phnanthrne 1

2

3

456

7

8

12

3

4

9

1056

7

8

12

3

45

6

7

8

910

triphnylne chrysne pyrne Benzo[a]pyrne

12

3

4

5678

910

11

12

Terpnes de formules gnrales (C5H8)nOx : Il semble alors vident que les terpnes proviennent dun prcurseur 5 carbones, le candidat de choix tant lisoprne. La majorit des structures peuvent tre dessiner en joignant ensemble 2, 3 ou 4 isoprne. Pourtant, ce nest pas correct.



Lisoprne nest pas un intermdiaire pour la formation de ces terpnes. Le vritable prcurseur est un actate dont trois units ragissent pour former lacide mvalonique plus facilement isolable sous forme de lactone.

isoprneH3C S

CoAO

HO2C OH

OH

O

OH

Oacide mvalonique

CoA : Coenzyme A

Limonne Citronellol

*

*

OH

Carbones, Hydrognes, Oxygnes

Alcools primaires Alcools secondaires Alcools tertiaires Aldhydes R OH

R1 R2

OH

R3

R1OHR2

H

O

Ctones Acides carboxyliques Actals Hmiactals

R2

OR1

OH

O

O R2

R1OR'

R O H

RO

nols thers Peracides Peroxydes

OH

R1 O R2

O

O

OH

R1 O O R2

Diols Phnol Alcools allyliques alcools homoallyliques

HOOH

OH

OH OH

thers d'nols Aldols Crotonaldhydes alcools propargyliques O R

H

OOH

H

O

OH

Anhydrides d'acides Esters Lactones poxydes

RO

RO

O

O

O

R O

O

( )n

O

Oxtanes Esters glycidiques Carbonates Ctne O

O

OR

O O O

O

O

Orthoesters Actonide Quinone OMe

OMeOMe

O O

H3C CH3

OO



La diffrence qui existe entre les actals et les actonides est simple : Les actals sont form par raction entre un carbonyle et un diol ce qui fournit un actal. Lactonide est un cas particulier puisquil est issu de la raction entre un diol et lactone. Carbones, Hydrognes, Oxygnes, Azotes

Aminals Oximes Nitriles Imines

N

N

NOH

C N C N

Amines primaires Amines secondaires Amines tertiaires Pyridine

H

HNR1

R2

HNR1

R2

R3NR1

N Enamines Ynamines Hydrazones Aminoacides

N

N N

N

OH

O

NH2 Aminoesters Isocyanates Nitrnes Carbamates

O

O

NH2

R

N O R N N

OO

Carbazates Hydrazine Oxaziridines -lactames

N N

OO

H2N NH2 NO

N

O -lactames Amides Groupe nitro Lactames

N

O NH2

O

HN

O

N

O

R R1R2

O

ON NO2

N

O

( )n

Enamides Cyanhydrines Pyrimidine Hydropyrimidine

N

O

OH

C N

N N N N

Pyrazine Piprazine Imidazolidine Pyridazyne

NN

NN

N N

NN

Aziridines Aztidines Pyrrolidine Pipridines

N

N

N N



Oxazole Oxazoline Oxazolidine Oxazolidinone

N O N O N O N O

O Imidazole Pyrrole Acide carbamique Ure

N N N N OH

O

N

NO

Imide Acide hydroxymique Triazole Isooxazole

NH

O

O

NH

OHO

NHN

N

N

O

Carbones, Hydrognes, Oxygnes, Azotes, Soufres, ...

Drivs halogns X={I, Br, Cl, F}

Organomagnsiens mixtesOrganomagnsiens symtriques

Chlorures d'acides Chlorures dacyles

R X R Mg X MgR R Cl

OR

Thioactals Thiols Thiones Thioacides

S R2

R1S

R SH R2

R1S

SH

OR

OH

SR

Dithioacides Thioamides Isothiocyanates Sulfone

SH

SR

NH2

SR

N C S

SOO

Silnes Silanones Sililnes

Si Si

Si O

Si

Organolithiens Organozincites Organocuprates (le mtal peut tre Li ou MgX)

Alanes

LiR ZnXR R1

R2Cu Mtal

Al Sulfoxydes Sulfamides Amidines

S SSOO O

SO2 NH2

NH2

NSO2R

Sulfimides Sulfoximines

SR

O NR

S R

NR

Phosphines Phosphonates Phosphonium Slnides R2P CH2 R

ROP R'O

RO

R3P H RSe CH2 R



Nomenclature Cette toute petite partie est faite pour vous familiariser avec la nomenclature usuelle utilise tous les

jours, et pas toujours bien dcrite. Nomenclature de divers groupements butyle

Le groupement butyle peut exister sous 4 formes : R-nBu R-tBu R-iBu R-sBu

R CH3 RCH3

CH3CH3

R CH3

CH3 R CH3

CH3

Souvent on parle aussi du groupe no-pentyle :

CH3

CH3CH3

Nomenclature des positions voisines d'une fonction donne : on regarde une fonction donne, puis l'atome de carbone (ou un O, N, S, etc.) voisin est appel position , et ainsi de suite.

On regarde par rapport la fonction nitrile

par rapport la fonction carbonyle

Par rapport la fonction alcne, on constate deux possibilits de numrotation

Dans ce cas on a deux fonctions, si on regarde par rapport la fonction carbonyle, on a :

CN

O

'

''

''

O

Gnralits


Gnralits Formation des liaisons

Les ractions chimiques font intervenir la formation de nouvelles liaisons mais aussi la rupture de liaisons. A ce titre, on note deux types de rupture de liaison :

Rupture homolytique : Dans ce cas la liaison est rompue de faon donner deux radicaux, c'est--dire deux espces de mme nature.

Rupture htrolytique : Dans ce cas la liaison est rompue de faon former un couple d'ion c'est--dire un anion et un cation, donc des espces qui ne sont pas de mme nature.

A B A + B A B A + B

Hybridation

Une liaison chimique est donc un lien qui unit deux atomes entre eux, deux atomes d'oxygne, d'hydrogne, de carbone ou bien un atome d'oxygne et un atome de carbone, etc...

Deux atomes peuvent tre lis entre eux par une ou plusieurs liaisons. C'est le cas notamment pour les atomes de carbone. Si deux atomes de carbone sont lis par deux liaisons on parle d'alcne, s'ils sont lis par trois liaisons on parle alors d'alcyne. L'atome de carbone possde donc la proprit de se lier quatre voisins et ceci grce son tat d'hybridation, c'est--dire un tat excit. La configuration lectronique d'un atome de carbone est la suivante : 1s22s22px12py12pz0. C'est alors qu'un des deux lectrons de la couche 2s est promu dans l'orbitale 2pz vacante de faon obtenir l'tat excit suivant : 1s22s12px12py12pz1. Les orbitales s et p n'tant pas quivalente en terme de stabilit, elles se combinent pour former 3 orbitales p et 1 s on parle alors d'hybridation dans l'tat sp3. Ainsi dans le mthane CH4, l'atome de carbone est hybrid sp3 donc les quatre liaisons C-H sont identiques. Cas du mthane, tude au niveau orbitalaire :

HC

HHH

orbitale hybridesp3 du carbone

orbitale sde l'hydrogne

Sur le mme principe, pour les doubles liaisons l'hybridation est de type sp2, il y a alors 3 liaisons identiques sp2 et une orbitale 2p non hybride, cette orbitale forme ce que l'on appelle une liaison , dans ce cas on a donc 3 liaisons et 1 liaison .

orbitale 2pnon hybride

orbitale sp2

liaison

liaison

Gnralits


Les alcynes sont quant eux hybrids sp c'est--dire deux liaisons et deux liaisons .

orbitale 2pnon hybride

orbitale sp

liaisons

liaison Tableau des nergies de liaisons

Liaison Energie (kcal/mol) Liaison Energie

(kcal/mol) Liaison Energie

(kcal/mol) CC 83-85 C=C 146-151 CC 199-200 CO 85-91 C=O 173-181 CN 69-75 C=N 181 CN 204 CH 96-99 OH 110-111 NH 93 SH 82 CS 61 CCl 79 CBr 66 CI 52 NN 39 N=N 98 NN 226 O-O 38 O=O 119 N=O

Acides et Bases de Lewis

Dfinitions Base de Lewis : entit qui possde des paires libres dlectrons et qui peuvent les partager. Acide de Lewis : entit qui possde une lacune lectronique et qui cherche combler cette lacune.

AlClCl

Cl

reprsente la lacune lectronique

acide de Lewis

+ (CH3)3N

reprsente la paire libre d'lectrons

base de Lewis

Cl3Al N(CH3)3

Certains acides de Lewis sont des composs trs ractifs et donc peu stable, il devient donc ncessaire de les stabiliser laide dune base de Lewis. Cest le cas de lthrate de trifluorure de bore. Ce produit, commercialement disponible, est vendu sous forme dun complexe qui le stabilise :

acide de Lewis

+

base de Lewis

BF3 O OF3B

complexe

Force des acides de Lewis : le classement suivant regroupe les acides de Lewis du plus fort au

moins fort.

BX3 AlX3 FeX3 ZnX2 HgX2GaX3 SbX4 SnX4 AsX5

Gnralits : Strochimie


Strochimie

L'atome de carbone peut donc, lorsqu'il est hybrid sp3, se lier 4 voisins. Lorsque ses quatre voisins sont diffrents on parle de carbone asymtrique, c'est--dire que ce carbone ne prsente pas de plan de symtrie.

Carbone non asymtrique, ses quatre substituants ne sont pas diffrents.

Carbone asymtrique, ses quatre substituants sont diffrents.

H

H

MeEt

D

H

MeEt

Quelques dfinitions

Chimioslectivit : raction qui conduit l'attaque d'un groupe fonctionnel parmi d'autres groupes. (Ex : hydrognation chimioslective de la double liaison carbone-carbone dans une none). Cela revient se poser la question "quel groupe fonctionnel va ragir?".

COOR1

COOHR

CH2OH

COOHR

COOR1

CH2OHR

LiHAl(OtBu)3B2H6

Exemple de rduction chimioslective de la fonction acide carboxylique ou de la fonction ester.

Rgioslectivit : Ractivit d'une partie d'un groupe fonctionnel, qui possde plusieurs parties.

(Ex : addition en 1,2 ou en 1,4 sur une none conjugue, suivant la nature de l'organomtallique). Cela revient se poser la question "Ou cela va ragir?".

OR

1. CH3MgX, CuBr2. NH4Cl, NH4OH

OR

CH3

1

23

41. CH3Li2. NH4Cl, NH4OH

H3C OHR attaque 1,2 attaque 1,4

Exemple d'attaque nuclophile sur une ctone ,-insature : attaque 1,2 vs. 1,4.

Diastroslectivit : conduit plusieurs diastroisomres, on en forme un de faon prfrentielle.

NO

OO

LDA, -78C NO

OLiO

NO

OO

R

1. R-X2. H2O

Etape diastroslective

NO

OO

R

diastroisomre non form

Exemple d'alkylation diastroslective sur une copule chirale d'Evans

Enantioslectivit : permet d'aboutir un nantiomre plutt qu' l'autre.



R1 R2

O

R1 R2

OHN B

O

Ph Ph

Me

H

BH3.THF (0.6eq), THF-25C rt

0.1eq

R1 R2

OH

nantiomre non obtenu

Exemple de rduction nantioslective de ctones en utilisant les oxazaborolidines de Corey

Induction de chiralit : influence d'un centre de configuration donne sur la formation d'un autre centre.

Chirale : qui n'est pas superposable son image dans un miroir. Achiral : molcule dans laquelle il existe un ou plusieurs plans de symtrie, une molcule achirale

est superposable son image dans un miroir. Stroisomres : isomres qui diffrent par la disposition spatiale des atomes.

Une raction stroslective est dite strospcifique, si sa stroslectivit est une consquence directe du mcanisme, indpendamment d'autres contraintes possibles telles que les gnes striques.

STOP

Ne pas confondre chiralit (proprit globale d'une molcule) et carbone asymtrique (proprit particulire d'un atome de la molcule) : la prsence d'un carbone asymtrique n'est ni ncessaire, ni suffisante pour rendre la molcule chirale, ce dernier point est dtaill plus loin dans le cas des allnes et de latropoisomrisme.

Un carbone asymtrique, peut prsenter une activit optique c'est--dire faire tourner la lumire

polarise. Pour observer cette dviation de la lumire polarise, on utilise un polarimtre qui donne une mesure de l'angle de dviation de la lumire polarise. Ensuite, on calcul []D par rapport la concentration en substrat dans la cellule. La valeur []D est caractristique d'une molcule en fonction de la concentration, du solvant et de la temprature. Une substance dite lvogyre fait tourner la lumire polarise gauche, alors qu'une substance dextrogyre fait tourner le plan de polarisation droite. []D est aussi appel pouvoir rotatoire spcifique. En rgle gnrale on ne lui met pas d'unit. Nanmoins ce pouvoir rotatoire en possde une (.dm-1.g-1.mL) issu de la relation suivante :

[ ]D = Lul x cpour faire la mesureon utilise la raie D du sodium 589nm

longueur de la cuvedans laquelle on fait la mesure (exprime en dm,en gnral 1dm)

concentration du substratdans la cuve, exprime en g pour 100mL de solvant

valeur lue sur lepolarimtre

ATTENTION : Il n'existe pas de relation entre le signe de []D et la configuration absolue d'un centre asymtrique. Dernier point, si une molcule chirale a une valeur []D = + 2,1 alors son nantiomre la valeur []D = -2,1. Le mlange racmique a quant lui une valeur []D = 0,0.

Source de lumire

Lumirenormale danstous les sens

Polariseur

Br

CH3HO

H

Cellule contenantla molcule optiquementactive

AnalyseurLumire quioscille dansun seul sens

Observationde l'angle dedviation

La molculechirale a dviele plan de la lumire

Indpendamment de l'activit optique, pour chaque carbone asymtrique, on attribue une lettre R

ou S qui donne la configuration du carbone. R vient de Rectus qui signifie dans le sens des aiguilles d'une



montre, S vient de Sinister qui signifie dans le sens inverse des aiguilles d'une montre. Pour tablir la configuration absolue d'un carbone asymtrique, il faut utiliser les rgles de Cahn-Ingold-Prelog.

Les rgles de Cahn-Ingold-Prelog, nous disent qu'il faut numroter les quatre substituants d'un carbone selon des rgles de priorit : le substituant 1 est celui dont le numro atomique est le plus important. Si deux substituants ont deux numros atomiques identiques, alors on regarde les substituants lis ces atomes et ainsi de suite. Attention pour tablir les priorits, on s'arrte la premire diffrence rencontre. Exemple : Si on un groupe CH3 et un groupe CH2CH3 alors le groupe 1 est le groupe CH2CH3. Exemple de classement de quelques groupes (du plus prioritaire ou moins prioritaire) :

I Br Cl O N C C C C C D H Doubletlibre

Les substituants sont ensuite placs de faon ce que le substituant 4 soit en arrire du plan. Puis on regarde dans quel sens on tourne pour aller du substituant 1 au substituant 3. Si on tourne dans le sens des aiguilles d'une montre alors le carbone est R si on tourne dans le sens inverse des aiguilles d'une montre, alors le carbone est S.

S

1

23

4

1

23 4

R

Quelques exemples de dtermination de configuration :

Br

H

OHCH3

1 2

3

4

R

Ici on regarde par dessous, et on constate que l'on tourne dans le sens des aiguilles d'une montre.

H

Br12

3

4R

On fait la diffrence entre une triple et une double liaison en admettant que le carbone qui porte ces liaisons est li respectivement 3 carbones (pour la triple) et 2 carbones (pour la double). La triple liaison est alors prioritaire sur le double.

O

NH2CH3

Ph 1

23

4

R

OH

OCH3

1

2

3

4

PhS

Si une molcule possde un plan de symtrie, elle n'est pas chirale, mme si elle possde des centres asymtriques.

CH3H3CHH

O

HO OH

HH3C

**

2 centres asymtriques, 1 plan de symtrie, la molcule est achirale c'est--dire quelle est superposable son image dans un miroir.

2 centres asymtriques (marqus), pas de plan de symtrie, la molcule est non superposable son image dans un miroir donc elle est chirale.



Si une molcule possde un centre de symtrie, elle n'est pas chirale, mme si elle possde des centres asymtriques.

PhCOOH

Ph COOHcentre desymtrie

CH3H3CHH

O

CH3H3CHH

O

nantiomre : image dans un mirroirnon supperposable

Cette molcule possde un centre de symtrie : elle est achirale.

STOPCette molcule possde un axe de

symtrie : elle est chirale, car elle n'est pas superposable son image dans un miroir.

Les nantiomres sont des composs image l'un de l'autre dans un miroir. Leurs proprits physiques et chimiques sont identiques, l'exception de leur action sur la lumire polarise. Un des nantiomres va faire tourner la lumire dans un sens, alors que l'autre la fera tourner dans le sens inverse.

De mme, les proprits biologiques de deux nantiomres sont diffrentes. L'histoire suivante est vraie, et elle montre bien cette diffrence de proprits.

Au dbut des annes 60, pour soigner les femmes enceintes souffrant d'anxits et autres nervosits, on leur administrait de la Thalidomide. La Thalidomide est une molcule chirale dont l'nantiomre S est un calmant doux, alors que l'nantiomre R n'a aucun effet comme calmant, mais est tratogne (qui conduit des malformations sur le ftus). La Thalidomide, ne contenait donc que l'nantiomre S, jusqu'au jour ou la "production a t moins bonne". Cest ainsi qu'un peu d'nantiomre R est venu se mlanger l'nantiomre S. Le problme, c'est qu' la naissance, les mdecins se sont aperus des malformations sur les nouveaux ns. Il a fallu beaucoup de temps pour rpertorier tous les cas, les analyser et comprendre d'ou venait le problme avant d'enlever la Thalidomide du march.

NH

OO

N

O

O

Reprsentation de Fischer

Certaines molcules possdent plusieurs centres asymtriques. C'est le cas notamment pour les glucides (sucres). Pour ces composs, il existe plusieurs mthodes pour les reprsenter et notamment la mthodologie de Fisher.

Dans cette reprsentation, la fonction la plus oxyde est place en haut alors que la moins oxyde est place en bas. Les autres substituants (en gnral H et OH) sont placs sur le ct. En fait, dans cette mthodologie, la chane verticale est en arrire du plan et les chanes horizontales sont en avant, ce qui donne :

HCOOH

OH

CH2OHH OH

atome decarbone

COOH

CH2OH

OHH

OHH

1

2

3

R

1

2

3

R

Pour les sucres, on parle souvent de composs D et L. Pour dterminer cette configuration on



regarde le groupe hydroxyle (-OH) le plus en bas de la chane dans la reprsentation de Fisher. Si ce groupe est droite alors le compos est D (D comme droite), si il est gauche le compos est L (L comme Left qui signifie gauche en anglais). Pour les amino-acides, le problme est quasiment identique. Cette fois on regarde le groupe amino (-NH2) le plus en haut de la chane, si il est droite alors on a un compos D, si il est gauche alors on a un compos L.

Sucre L Sucre D Aminoacide L Aminoacide D

OHHO

OH

CH2OH

H O

HO

OHHO

OHOH

CH2OH

H O

CO2HH2N H

CONH2

H H

CO2HH NH2

CONH2

H H

Le gros problme de la chimie organique ce sont les vielles notations qui ne devraient plus avoir cours mais qui sont encore largement utilises. C'est le cas notamment de la notation thro, mso et rythro. Un exemple est donn pour chacune de ces notations. Notons que le compos mso est un cas particulier du compos rythro.

mso rythro thro

HCOOH

OH

COOHH OH

HCOOH

OH

CH2OHH OH

HOCOOH

H

CH2OHH OH

Les composs mso sont donc des composs qui possdent un plan de symtrie. Les exemples suivants montrent dautres composs mso :

CH3BrHBrH

CH3

H3CCH3

Br

Br

EtOHH

CH2OHH

Et

Et Et

OH OH

CH3

HH

CH3

CH3

CH3 Les composs mso, mme sils possdent des carbones asymtriques, non pas daction sur la lumire polarise. Il est alors ncessaire de les dsymtriser si lon dsire les utiliser en synthse asymtrique. Lexemple suivant illustre le cas de cette tape de dsymtrisation.

NCbz

O

NCbz

OTMS

N

NN

PhLi

2. TMSCl+

1. -78C

[]D = 0 []D 0 Reprsentation de Newman

La reprsentation de Fisher est particulire aux sucres. Il existe une autre reprsentation, largement utilise, celle de Newman. Pour illustrer cette mthodologie, prenons l'exemple de la molcule suivante PhCHBrCDClCH=CH2.

Pour reprsenter les molcules, il faut d'abord dessiner la molcule en projection cavalire. Puis on regarde dans le plan de deux atomes de carbone (un devant et l'autre en arrire). Il suffit ensuite de placer les substituants en fonction de la strochimie de la molcule de dpart.

Les substituants peuvent tre en position clipse (c'est--dire l'un derrire l'autre) mais c'est une



position peu stable cause de l'encombrement strique. Ou bien en position dcale, c'est la position la plus stable.

Reprsentation cavalire Position clipse Position dcale

Br

HPh

Cl

D

BrD

ClHPh

Cl

D

Ph

Br

H

D'autres molcules prsentent elles aussi une activit optique (c'est--dire quelles sont chirales) sans pour autant possder de carbone asymtrique. C'est le cas par exemple des allnes ainsi que des biphnyles. Dans ce cas on parle d'axe de chiralit. Cas des allnes

Les allnes sont des composs qui possdent deux doubles liaisons l'une ct de l'autre (C=C=C). Les orbitales de ces doubles liaisons ne sont pas dans le mme plan, mais dans des plans perpendiculaires.

B

DC

A1 2

Ainsi, si l'on regarde dans le sens 1 ou dans le sens 2, voici ce que l'on observe : Sens 1 Sens 2

A

BDC

A

BCD

On remarque bien que les deux doubles liaisons sont dans des plans perpendiculaires. Donc pour

les allnes, comme pour les carbones asymtriques, il existe des configurations absolues. Pour cela on utilise toujours les rgles de priorits de Cahn-Ingold-Prelog, en ajoutant une nouvelle rgle : "Les groupes les plus prs sont prioritaires par rapport aux groupes les plus loigns". Prenons l'exemple de l'allne suivant :

H3C

CH3

HH

1 2

Sens 1 Sens 2 H

CH3

CH3H M

1

2

3

4

H

CH3

HH3C M2

3

4

1

Pour les allnes, la nomenclature utilise est M ou P. M lorsque l'on tourne dans le sens des aiguilles d'une montre (quivalent R pour les carbones asymtriques) et P quand on tourne dans le sens inverse des aiguilles d'une montre (quivalent S pour les carbones asymtriques).

On remarque de plus d'aprs notre exemple, que si l'on regarde dans le sens 1 ou dans le sens 2, on tombe toujours sur la mme configuration M ce qui nous montre que cette configuration s'applique la fonction allne (C=C=C) et non plus un seul atome de carbone.

Atropoisomrisme D'autres composs, possdent eux aussi un axe de chiralit. Ce sont les biphnyles. Dans ce cas on



parle d'atropoisomrisme (a qui signifie priv de, et tropos qui signifie tourner). Donc en fait les biphnyles en question n'ont pas la possibilit de tourner autour de l'axe de chiralit, ce qui induit l'atropoisomrisme. La rotation n'est pas possible cause de l'encombrement des groupes prsent sur les phnyles.

UX

Y VAxe de chiralit

UX

Y V

VX

Y U

couple d'nantiomre La notion d'atropoisomrisme est trs importante, car elle est la base de l'hydrognation

asymtrique. En effet, pour faire de l'hydrognation asymtrique, on utilise un mtal de transition (rhodium, ruthnium, etc.) ainsi que des ligands chiraux. Exemple du BIPHEMP (ce genre de compos possde toujours des noms tranges)

PPh2

PPh2PPh2

PPh2

( S ) ( R ) Dans le cas des biphnyles, il existe aussi une notation R ou S permettant de diffrencier les deux

nantiomres. La dtermination de cette configuration est fonde sur des arguments mcanistiques en tenant compte des rgles de Prelog. Nous n'aborderons pas ce sujet ici.

Tableau rcapitulatif des isomries

Degr dinsaturation : Le degr dinsaturation dune molcule reprsente le nombre dinsaturations prsentent dans une molcule en fonction de sa formule brute. Une insaturation est une double liaison carbone-carbone, une double liaison carbone-oxygne, un cycle (peu importe la taille de ce dernier). Ainsi le benzne admet, selon notre dfinition, 4 insaturations, 3 vraies insaturations dues aux doubles liaisons carbone-carbone, plus une insaturation lie au cycle. Ce degr est obtenu par la relation suivante :

D.I. = 1 + nombre d'atome ttravalent + nombre d'atome monovalent

2

nombre d'atome trivalent2

-

On remarquera que dans la formule suivante on ne tient pas compte des atomes divalents, tels que les atomes doxygne, ou de soufre Un atome ttravalent est un atome tel que le carbone, ou le silicium. Un atome trivalent est lazote par exemple, quand aux atomes monovalent ils sont plutt nombreux, on y retrouve, lhydrogne, les halognes

En conclusion, partir dune formule brute donne, il est possible de dterminer tous les isomres de constitution pour cette formule. Bien sr, plus le nombre datomes de carbone est lev et plus le nombre disomres est important (dans le tableau ci-dessous, seuls certains isomres sont reprsents). Pour certains de ces isomres, il existe des stroisomres, c'est--dire des isomres ou les substituants ne bougent pas de place, mais varient simplement de part leur position dans lespace. Il y a les isomries cis, trans, se sont de isomries qui ne sappliquent quaux cycles. Lorsque deux substituants sont tous les deux en avant du plan ou en arrire on parle alors disomre cis, et lorsquils sont dans les plans diffrents on parle alors disomre trans. Lisomrie syn, trans reprsente la mme chose, mais dans le cas de



compos acyclique. Enfin, ces composs peuvent tre des diastroisomres (dans le langage courant on parle de dia, ou diastromres), ou des nantiomres. Les diastroisomres sont des composs qui ne se diffrencient lun de lautre que par la configuration absolue dun seule centre strogne, alors que des nantiomres on tous leurs centres strognes qui ont une configuration inverse.

(R, R, R, R), (R, R, R, S), (R, R, S, R), (R, R, S, S), (R, S, S, S), (R, S, R, R), (R, S, S, R) sont des exemples de diastroisomres.

(R, S) et (S, R) sont des nantiomres, ainsi que (R, R) et (S, S). Le tableau ci-dessous regroupe toutes ces notions :

Formule bruteC15H20O2

Quelques isomres de constitution

MeEt OH

PhH3C

O

O

OH

MeMe

Et

Ph

H3C Ph

Et

OH

O

CH3

O

PhEt

Et

OO

Ph

OH

Stroisomres

Isomrie syn anti (pour les composs acycliques)

H3C Ph

Et

OH

O

CH3

H3C Ph

Et

OH

O

CH3syn anti

Isomrie cis trans (pour les composs cycliques)

OPh

OH

OPh

OH

cis trans

Diastroisomres O

Ph

OH

OPh

OH

OPh

OH

OPh

OH

Enantiomres O

Ph

OH

OPh

OH

Gnralits : Conformations


Conformations

En chimie organique, il existe deux grandes classes de composs : les composs en srie acyclique, et les composs en srie cyclique.

Les composs cycliques 6 chanons sont les plus intressants. Nous tudierons donc ici les drivs du cyclohexane. Pour reprsenter le cyclohexane, il existe trois possibilits : deux formes chaise et une forme bateau. Les flches rouges reprsentent la partie qu'il faut tordre pour passer d'une forme une autre.

Forme chaise Forme chaiseForme bateau On remarque que l'on peut passer facilement d'une forme chaise l'autre en passant par un

intermdiaire forme bateau. On parle alors de forme chaise et de chaise inverse. Les formes chaise sont nettement plus stables que les formes bateau (6.9 kcal/mol de diffrence de stabilit).

CH3 CH3

H

H

CH3

Forme chaise Forme chaiseinverse

A B Dans la chaise A, le groupe mthyle est en position axiale, alors que dans la chaise B (chaise

inverse de la chaise A) le groupe mthyle est en position quatoriale. C'est donc une premire notion retenir. Tous les substituants en position axiale (Ax) se

retrouvent en position quatoriale (Eq) lorsqu'on passe la chaise inverse (et rciproquement). Ax

Ax

EqEq

Parlons un peu de la stabilit de ces composs. Un substituant prfre-t-il tre en position axiale

ou en position quatoriale ? La rponse est simple, les substituants prfrent tre en position quatoriale. Car en position axiale, ils gnrent des interactions avec les hydrognes en position 3 et 3'. On appelle ces interactions des interactions 1,3 diaxiales, c'est--dire des interactions entre deux groupes en positions axiales : les groupes en positions 1 et 3 ainsi que 1 et 3'.

H

CH3

CH3HH

1

23

2'3'

Etudions brivement le cas des dcalines c'est--dire de deux cycles 6 chanons accols l'un l'autre.

H

H

H

H

Dcaline cis : dans ce cas on a deux liaisons C-C en position axiales et deux liaisons C-C en positions quatoriales.

H

H H

H

Dcaline trans : les liaisons C-C de jonction de cycles sont toutes des liaisons en position quatoriale

Conclusion : la dcaline trans est privilgie par rapport la dcline cis, car dans la trans il n'y a pas d'interactions 1,3 diaxiales. Sur le problme des conformations, il nous reste aborder le cas des systmes insaturs.

Gnralits : Conformations


12

3

4

56 12

3

4

56 12

3

4

56

De mme pour un systme prsentant une substitution on :

H

CH3H3C

HCH3

Avec, comme pour les systmes saturs, des substituants en position axiale ou en position quatoriale.

Gnralits : Effets lectroniques

http://membres.lycos.fr/nico911/chroga.html 25

Effets lectroniques

On note deux types d'effets lectroniques, les effets inductifs qui sont lis la polarisation d'une liaison, et les effets msomres, qui sont dus la dlocalisation des lectrons. Les deux effets peuvent exister ensemble dans une mme molcule. Si on doit les comparer, alors on notera qu'un effet msomre est toujours plus important qu'un effet inductif Effets inductifs

CH2H3C Cl+

La polarisation de la liaison induit un dplacement d'lectrons le long de la liaison : c'est l'effet inductif. - reprsente une charge formelle ngative et + reprsente une charge formelle positive.

Parmi les effets inductifs, on note les effets inductifs donneurs (nots +I), c'est--dire un atome ou un groupe d'atomes qui donne des lectrons, ainsi que les effets inductifs attracteurs (nots -I).

Exemple d'effet attracteur (-I) Exemple d'effet donneur (+I) CH2H3C Br+

CH2H3C MgBr+

Ici, 'Br' a un effet inductif attracteur, c'est--dire qu'il attire les lectrons du radical thyle.

Ici, le groupe 'MgBr' est donneur d'lectrons, ainsi le groupe thyle va tre plus riche en lectrons.

On notera dans ces deux exemples que la polarit de la liaison carbone-htroatome est change lorsque l'on passe d'un effet donneur un effet attracteur. Comparaison de la force des acides : Pour comparer la force des acides, on regarde la force de la base conjugue, et plus particulirement, dans notre cas, la densit lectronique sur l'oxygne. Plus la densit est forte, plus la base est forte, plus l'acide conjugu sera faible.


OHH

O

OH

O

3.77

OHH3C

O

OH3C

O

4.76

OHH2C

OH3C

OH2C

OH3C

4.86

Pour les groupements attracteurs on a : (NO2 > F > Cl > Br > I) ce qui signifie que Br est plus attracteur que I, donc pour les bases conjugues, la densit lectronique sur l'oxygne sera plus importante dans le cas de I que dans le cas de Br, ce qui explique le pKa de leurs acides respectif.



Acide Electrongativit

de X = {I, Br, Cl, F } pKa

CH2IOH

O

2.5 3.17

CH2BrOH

O

2.8 2.87

CH2ClOH

O

3.0 2.85

CH2FOH

O

4.0 2.66

Attnuation progressive de l'effet, il ne dpasse pas la 3me ou 4me liaison :

Acide pKa CO2H 4.90 CO2H

Cl 2.87

CO2HCl

4.06

CO2HCl 4.82 Conclusion : Un atome ou un groupe d'atome (ici COOH) est capable de ressentir les effets inductifs d'un autre atome (ici Cl), si celui-ci n'est pas trop loign. Effets msomres

Les effets msomres sont dus la dlocalisation des lectrons et n, favorise par l'lectrongativit relative des atomes lis. A nouveau, on note deux types d'effets msomres. Les effets donneurs d'lectrons (+M) et les effets attracteurs d'lectrons (-M).

Effet msomre donneur + M Classification de quelques groupements msomres donneurs (classement du plus donneur au moins donneur) :

NH2 NHR NR2 OH OR F Cl Br I

Effet msomre attracteur - M Exemples de groupements msomres attracteurs, les formes reprsentes sont appeles formes limites msomres. Elles sont utilises notamment dans l'criture des mcanismes ractionnels. La forme nol d'une ctone est une forme limite msomre.

STOP

Lorsque l'on crit des formes limites msomres, il faut toujours respecter la neutralit de la molcule. Pour une molcule de dpart, qui est neutre, toutes les formes msomres doivent treglobalement neutre (autant de charges plus que de charges moins).

C O C O C N C N O

ON

O

ON



Transmission de l'effet msomre assur par conjugaison : l'criture de ces formes msomres permet de mieux comprendre o iront agir un lectrophile et un nuclophile.

O

H

O

H

O

H

O

H En effet, un nuclophile, espce riche en lectrons, ira ragir sur les positions pauvres en lectrons c'est--dire la ou l'on a des charges positives. Formes limites msomre du benzne : l'criture de ces formes limites permet de mieux comprendre les rgles de rgioslectivit lors des substitutions lectrophiles aromatiques.

Explication, par les formes limites msomres, des positions ortho et para pour l'attaque d'un lectrophile sur le phnol. On constante qu'une charge ngative apparat en ortho et para du phnol, c'est donc les positions susceptibles de recevoir un lectrophile :

OH

OH

OH

O H OH

De mme, on peut expliquer la substitution lectrophile aromatique en position mta sur le nitrobenzne. En effet, dans ce cas, c'est une charge positive qui est dlocalis sur le cycle aromatique. Cette charge se retrouve en position ortho et para. Dans ces conditions, un lectrophile ne peut venir s'additionner sur le cycle en position ortho et para et seuls les positions mta sont "plus nuclophile" et donc plus apte recevoir l'lectrophile.

NO O

NO O

NO O

NO O

NO O

Tables de donnes

Groupements effets inductifs Donneur (+I) Attracteur (-I)

O- ; CO2- ; CR3 ; CHR2 ; CH2R ; CH3 ; D NR3 CO2H OR SR2+ F COR NH3+ Cl SH NO2 Br SR SO2R I OH CN OAr R SO2Ar CO2R Ar

R



Groupements effets msomres Donneur (+M) Attracteur (-M)

O- S- NR2 NHR NH2 NHCOR OR OH OCOR SR SH Br I Cl F R Ar

NO2 CHO CN COR CO2H SO2R CO2R SO2OR CONH2 NO CONHR Ar CONR2

Gnralis : Protons nantio et diastrotopiques


Protons nantio et diastrotopiques Protons nantiotopiques

Des protons sont nantiotopiques si en remplaant un des protons par un atome de deutrium, on obtient une paire d'nantiomres.

Cl

CH3

HH

Ici, le carbone n'est pas asymtrique. Nanmoins les deux protons en rouge sont nantiotopiques.

Si l'on remplace l'un d'eux par un deutrium alors on obtient un couple d'nantiomres.

Cl

CH3

DH

Cl

CH3

DH

Les protons nantiotopiques ne donnent qu'un seul signal en RMN, dans notre cas on observe donc

un quadruplet intgrant pour deux protons. Des protons peuvent tre nantiotopiques et ne pas tre sur le mme carbone :

HCH3

Cl

CH3

H Cl

1

2

Les deux protons rouges sont nantiotopiques mais pourtant ils ne sontpas sur le mme carbone. Mais cela vient du fait que la molcule est symtrique c'est--dire que les carbones 1 et 2 possdent les mmes substituants.

En ce qui concerne le groupe CH3, ses protons ne pourront jamais tre nantiotopiques. Car d'aprs la dfinition, il faut qu'en remplaant un des hydrognes par un deutrium on aboutisse un couple d'nantiomres et donc que l'on forme un carbone asymtrique. Or -CH2D ne peut pas tre un carbone asymtrique puisqu'il faut que les quatre substituants soient diffrents. Revenons au cas prcdent :

Chaque proton nantiotopique une configuration absolue. On lui attribue donc une notation R ou S comme pour n'importe quel carbone asymtrique.

Cl

CH3

HRHS

Le proton HR est dit proton pro-R alors que le proton HS est dit pro-S.

Pour attribuer la notation R ou S, il faut remplacer l'hydrogne par le deutrium puis on regarde la configuration du carbone asymtrique. Si cette configuration est R alors le proton nantiotopique est pro-R.

Cl

CH3

HH

Cl

CH3

DH

Cl

CH3

HRH

1

2

3

R

Protons diastrotopiques

Des protons sont diastrotopiques si en remplaant un des protons par un atome de deutrium, on obtient une paire de diastroisomres.

HH3C

Br ClH

H

Les deux protons en rouge sont diastrotopiques. En effet, en remplaant l'un d'eux par un deutrium obtient un couple de diastroisomres.

Gnralis : Protons nantio et diastrotopiques


HH3C

Br ClH

DH CH3

BrClH

D

Souvent, mais pas uniquement, les protons en d'un centre asymtrique sont des protons

diastrotopiques. Cela se traduit par un ddoublement des signaux en RMN du proton. Dans notre exemple, on observe ainsi deux doublets ddoubls intgrant chacun pour un proton. Pour que des protons soient diastrotopiques, il n'est pas ncessaire qu'ils soient en d'un centre asymtrique.

CO2

CO2H3C

CH2

CH2

CH3

CH3

1Dans cette molcule, il n'y a pas de centres asymtriques. Pourtant,les protons en rouge sont diastrotopiques.

CO2

CO2H3C

CH2 CH3

1

CH3

HD

O2C

O2CCH3

H2CH3C

H3C

HD

1

Notons par ailleurs qu'en remplaant un des protons par un deutrium, on cre un centre

asymtrique en position 1.

Etude des grandes fonctions

Alcnes


Alcnes Gnralits

Pour parler des alcnes, et plus gnralement de la double liaison carbone-carbone, il existe plusieurs termes et tous veulent dire la mme chose. On parle donc d'alcne, d'insaturation, de double liaison ou encore d'olfine. Une double liaison est compose d'une liaison (sigma) et d'une liaison (pi). La liaison tant d'nergie plus faible que la , elle sera plus ractive ce qui explique que l'on peut faire des ractions d'addition sur une insaturation. Dans ce cas, la double liaison ( + ) est transforme en une liaison simple . La double liaison agit comme un rservoir d'lectrons. Energie des liaisons : E = 108 kcal/mol. E = 65 kcal/mol. L'tude de ces nergies de liaisons nous montre bien que la liaison est plus facile rompre que la liaison ce qui explique que cette liaison sera donc plus ractive et donc plus facile rompre. Angles et distances : Dans un systme thylnique (double liaison), les angles de liaisons sont de

120, en revanche pour un systme satur les angles sont d'environ 109. C'est normal car dans l'espace qui entoure le carbone, plus il y a de substituants et plus ils sont proches les uns des autres. Notons aussi que deux atomes de carbones lis par une double liaison sont plus proches l'un de l'autre que ceux lis par une simple liaison. Traduit mathmatiquement a donne dC=C < dCC.

composinsatur

compossatur

12010927'

Pour dterminer la strochimie de la double liaison, on classe chacun des 2 substituants d'un mme carbone selon les rgles de priorit de Cahn-Ingold-Prelog. Si les deux substituants nots en numro 1 sont du mme ct, alors on dit que la double liaison est de strochimie Z (de l'allemand Zusammen qui signifie ensemble). Si les deux substituants nots en 1 ne sont pas du mme ct alors la liaison est de strochimie E (de l'allemand Entgegen qui signifie l'oppos).

1

2

1'

2'Z ou cis E ou trans

1

2 1'

2'

Les quatre substituants d'une double liaison sont dans un mme plan.

Hydrognation Dfinitions : Il m'apparat ncessaire ici de faire la diffrence entre hydrognation et hydrognolyse.

Hydrognation : C'est l'addition d'hydrogne sur une insaturation. Ce peut tre une olfine, un alcyne, un carbonyle, un nitrile.

Hydrognolyse : C'est la rupture d'une liaison par action d'hydrogne en prsence d'un catalyseur. Le meilleur exemple est encore la dprotection du groupe benzyle (voir le chapitre sur les protections). En effet, la liaison O-Bn est alors hydrognolys par action d'hydrogne en prsence de palladium.

Sur les alcnes, on fait une syn-hydrognation, c'est--dire que les deux hydrognes s'additionnent du

mme ct de la double liaison. Pour connatre la face d'approche de l'hydrogne, il suffit de regarder le ct le moins encombr.

Alcnes


L'hydrognation se fait avec un catalyseur (Pd, Pt, Ni de Raney) HHH2

catalyseur

Exemple de cis-hydrognation : Ici on tudie l'intermdiaire, on constate ainsi que l'hydrogne se fixe prfrentiellement sur la face oppos au groupe mthyle de faon viter toute gne strique avec le groupe mthyle.

H2, Pt +

70% 30%

CH3H2, Pt

HH

HH CH3

CH3

H

Additions lectrophiles Hydrohalognation : Cette raction consiste faire l'addition d'un acide HX sur la double liaison d'un

alcne. Cette raction est rgioslective en fonction de la stabilit du carbocation form. Il est noter la formation d'un carbocation, espce ractive, qui se rarrange de faon devenir le plus stable possible. Un carbocation tertiaire est plus stable qu'un secondaire, lui mme plus stable qu'un primaire. Bien sr un carbocation peut tre stabilis par conjugaison avec la double liaison d un groupement, thylnique ou carbonyle, voisin.

H XH

+ HX

La premire tape est rversible. Une fois le carbocation form, on peut facilement par une raction d'limination revenir au compos olfinique. En revanche, la seconde tape est totale. Une fois le produit form il n'est pas possible de revenir spontanment au carbocation.

STOP

Un carbocation est une espce plane, les trois substituants prsents sur le carbone sont dans lemme plan.

Mcanisme d'une raction o le carbocation se rarrange : par migration d'un groupement CH3, le carbocation secondaire form en premier lieu va aboutir un carbocation tertiaire qui est plus stable, puis le carbocation ragira avec l'anion prsent dans le milieu. C'est ce que l'on appelle la transposition de Meer Wein.

H

Halognation : Lors de l'halognation, il y a formation d'un pont halognium avec ouverture en anti, et donc formation du compos dihalogn en anti.

Br Br+Br Br Br

Br

Oxymercuration : Cette raction est trs intressante car au vu de son mcanisme on constate qu'il se forme un pont avec le mercure, or ce pont empche le carbocation de se rarranger.

Alcnes


OHHORH 1. Hg(OAc)2, H2O2. NaBH4, NaOH1. Hg(OAc)2, ROH2. NaBH4, NaOH

Mcanisme de l'oxymercuration dmercuration :

R2

R1 Hg(OAc)2HgOAc

R1

H R2 ROH

HgR1

O R2

OAc

RH

HgOAcR1

RO R2

NaBH4R1

RO R2

Hydroboration : Cette raction est strospcifique et rgioslective des alcools. On forme l'alcool le

moins substitu, car le bore se met du ct le moins encombr (voir la chimie des composs du Bore).

BH2 OH

BH3NaOHH2O2

Mcanisme :

BH3

BH2HR

2

R

RBR

(H2O2 + NaOH)

HOO O O

RB

H

R

R RB

RO R

2 HOO

B(OR)32 HO

OHH3+B(OH)3

Oxydations

Oxacyclopropane : Pour faire cette raction on utilise un peracide (3 oxygnes). Le plus couramment utilis est le mCPBA c'est--dire le mta ChloroPerBenzoc Acid (en anglais). On peut ensuite procder l'ouverture d'un tel cycle (voir Dihydroxylation).

O

OO

H

mCPBA

ClOmCPBAou RCO3H

Si il y a plusieurs olfines (doubles liaisons) dans une molcule, et que l'on met seulement 1 quivalent de mCPBA, alors c'est lolfine la plus riche en lectrons qui sera poxyde.

mCPBA (1eq)O

Exemple d'poxydation slective de l'olfine trisubstitue plus riche en lectrons que l'olfine disubstitue donc plus ractive.

Alcnes


Mcanisme :

RRRR

OO

OO

H

Ar

Depuis maintenant quelques annes, le MMPP (magnsium mono peroxyphtalate) est utilis comme agent d'poxydation des doubles liaisons. (Aldrichimica Acta 1993, 26, 35.)

O

OO

HO

O 2

Mg2+ . 6H2O

RO

Ph

OHMMPP, i-PrOHpH = 5.5, 4h

ROPh

OHO

R CO2EtMMPP

R CO2EtO

Dans ce dernier exemple, le MMPP montre toute sa "puissance". En effet, la mme poxydation ralise en prsence de mCPBA ne donne pas l'poxyester dsirer. Un poxyde peut tre ouvert en milieu acide (un acide au sens de Lewis, comme BF3.OEt2 par exemple). Si on place un nuclophile dans le milieu ractionnel, alors celui-ci ragit sur le carbocation form, sinon le carbocation subit un rarrangement semi pinacolique.

O

BF3.OEt2O

H HBF3

Nu

NuOH

O

Ouverture des poxydes par attaque d'hydrure : L'hydrure arrive sur le carbone le moins substitu.

PhO

LiAlH4H

Ph HOH

Dihydroxylation : Elle permet de mettre un groupement OH sur chaque carbone de la double liaison.

Dans un cas on obtiendra le compos syn, dans l'autre le compos anti. Il est noter que pour obtenir le compos syn on peut aussi utiliser une quantit catalytique de ttraoxyde d'osmium que l'on rgnre par addition d'eau oxygne utilise comme cooxydant (OsO4 cat., H2O2). L'inconvnient de cette dernire mthode est que le compos base d'osmium cote cher et qu'il est trs toxique.

OHHO

OH

HOKMnO4, H2OpH = 7

1. RCO3H2. H+, H2O

Lorsque l'on utilise KMnO4 comme oxydant, il est ncessaire de faire attention aux conditions opratoires. L'utilisation de KMnO4 concentr chaud conduit la coupure de la liaison carbone-carbone, selon le mcanisme suivant :

OMn

O

RR

O OH

RO

2OH

RO

2RR KMnO4 cc

Ozonolyse : Cette technique permet de faire une coupure oxydante de la double liaison en ctone ou

aldhyde, mais l'aldhyde tant en milieu oxydant (car il y a formation d'eau oxygne) il se

Alcnes


transforme en acide carboxylique. Pour viter cette raction, on rajoute dans le milieu un rducteur tel du Zinc en poudre ou du dimthyle sulfure. A noter que lors que la premire tape, il se forme un compos que l'on nomme ozonide, il faudra alors ouvrir cet ozonide pour avoir les drivs carbonyls.

HR1

R2 R3

O3, H2O

O O

O H

R3

R1R2

R1

R2O +

O

HR3 + H2O2

O

OHR3

Afin d'viter la formation de l'acide carboxylique partir de l'aldhyde, on utilise un rducteur dans le milieu. Celui-ci est alors oxyd. Ainsi Zn devient ZnO, de mme pour les autres rducteurs :

SMe

MeS

Me

MeO S

Me

MeO S

Me

Me

O

OPh3P Ph3P O

[ Ox. ] [ Ox. ] [ Ox. ]

Addition radicalaire

Effet Karash : L'effet Karash permet de faire une hydrohalognation de faon anti-Markovnikov. Car ici la raction n'est pas ionique, il ne se forme donc pas de carbocation. La raction est radicalaire, et se fait en prsence de peroxyde, pour initier la formation du radical Br. (pour de plus amples dtails sur ce type de ractions voir le chapitre sur les ractions radicalaires, pour une explication plus prcise de cette raction voir la mme raction sur les alcynes).

Br+ HBr ROOR

Cycloaddition

CH2

h h D'autres types de cycloadditions existent, la plus connue d'entre elles est la raction de Diels - Alder. La formation du carbne "CH2" peut tre obtenue par la mthode de Furukawa.

CH2Et2Zn + CH2I2 2 EtI + + I CH2 Zn IZn(CH2I)2 Mcanisme de la formation du cyclopropane :

RR

CH2

RR

CH2

HH

Dines Rduction chimique : Hydrognation 1,4 typique du butadine

Na + NH3 Liq. Na+ e-e-NH3

NH3

Rduction par le nickel de Raney : lors de cette rduction du butadine, on observe un mlange de

Alcnes


produits de rduction 1,4 et 1,2. H2Ni Raney

+

Substitution On parle ici de substitution en de la double liaison. Pour cela on utilise le NBS (N-

BromoSuccinimide). On note aussi l'existence de compos tels que le NCS, ou le NIS, qui permettent d'introduire, respectivement, du chlore et de l'iode.

BrN

O

O

Br

NBS

+

Iodothrification

O

O

IO

I

CO2Me

CO2Me

O

CO2MeI2, NaOH

CO2I MeO

Mtathse des olfines

La mtathse est une raction que l'on peut sparer en deux grandes parties : RCM pour "Ring Closing Metathesis" ce qui signifie que la raction de mtathse permet de "fermer"

une chane carbone. Dans ce cas, le compos de dpart comporte deux insaturations. Attention, si les insaturations sont trop encombres, la raction de mtathse ne peut avoir lieu.

ROM pour "Ring Opening Metathesis" ce qui signifie l'inverse c'est--dire qu'ici on ouvre une double liaison. La raction de mtathse se fait partir d'un catalyseur spcifique (Ru, Mo, W, ...). Le plus rpandu

de ces catalyseurs est le catalyseur de Grubbs dont la formule est reprsent ci dessous : (La notation 'Cy' reprsente un groupe cyclohexyle)

RuPCy3

PCy3

Cl

Cl

Ph

Exemple de raction de mtathse (RCM) : Assez souvent la raction se fait au reflux du dichloromthane. Lors de la raction il y a dgagement d'thylne. Certains auteurs utilisent le benzne comme solvant.

[Ru]+

Alcnes


Mcanisme de la raction :

[M] CH2

[M]

[M]

[M]

STOP

Cette raction permet donc de former des cycles comportant une insaturation. On peut alorsformer des cycles 5, 6, 7, ... ainsi que des "grands" cycles. Ceci dit, on note nanmoinsquelques exceptions quant la formation de ces cycles, mais nous ne rentrerons pas ici dans de tels dtails.

Il est aussi possible de former des htrocycles insaturs par cette mthode (l encore, il existe quelques exceptions): Grubbs, R. H. et al. J. Am. Chem. Soc. 1993, 3800.

X( )n

X( )n[ Ru ] X = CH2, O, NR

n = 1, 2, 3

Exemple de raction de mtathse (ROM) : Blechert, M. F. et al. Angew. Chem. Int. Ed. 1996, 35, 441.

O

O

O

O

OMe

OMe

+

[Ru] 2%CH2Cl2, rt90%

O

O

HH

OMeOMe

OO

Alcnes


Alcynes


Alcynes

Gnralits

Les alcynes, ou composs actylniques, sont des produits qui possdent une triple liaison c'est--dire 1 liaison (sigma) et deux liaisons (pi). Il sera donc possible de faire des ractions d'addition sur une, voir les deux, insaturations de ce type de composs.

Comme pour les alcnes, les deux atomes de carbone relis par une triple liaison sont plus proches que pour un alcane, mais sont aussi plus proches que pour un alcne. On a donc, en terme de distances, la relation suivante :

d dd C CC CC C

Note importante : En ce qui concerne les composs actylniques on utilise une nomenclature qui permet de connatre la position de la triple liaison, le long de la chane carbone. On parle d'alcynes vrais dans le cas d'une triple liaison en bout de chane (les anglo-saxons utilisent le terme de terminal alkynes) Quand aux triples liaisons l'intrieur d'une chane on utilise le terme d'alcynes disubstitus (les anglo-saxons parlent d'internal alkynes).

Alcynes vrais Terminal alkynes

Alcynes disubstitus Internal alkynes

C C H C C Acidit

Le pKa, c'est--dire l'acidit, d'un proton actylnique se situe aux environs de 25, ce qui explique sa forte ractivit face aux bases fortes comme le BuLi. L'action du BuLi sur l'actylne (le plus simple des alcynes, de formule C2H2), dans l'ther permet de dprotoner les deux hydrognes de notre alcyne. Dans un autre solvant, le THF -60C par exemple, les conditions sont moins favorables et l'on arrache qu'un seul hydrogne.

HH + nBuLi LiLiEt2O

L'entit forme peut ragir sur divers composs pour former des produits contenant une triple

liaison :

R Li +H

OR' R

R'

OLi H2OR

R'

OH

R Li R' Br R R'+

Raction de Cadiot Chodkiewicz : R1 H + R2 X

RNH2CuCl

R1 R2 + Cu2XCl L'amine primaire permet de dprotoner l'actylnique qui va alors ragir avec le cuivreux pour former un cuivreux actylnique. Lorsque R2 = H on a recours une mthode indirecte de prparation :

R1 H + Et3Si Br R1 SiEt3CuCl H

R1 H

Alcynes


Rduction Rduction catalytique : Lors d'une telle rduction, si on veut s'arrter l'alcne, il faut empoisonner le

catalyseur. Pour cela il existe plusieurs mthodes telles que l'addition dans le milieu de quinoline, de sulfate de baryum, ou bien encore d'actate de plomb. L'tape 1 de cette raction se fait avec de l'hydrogne et du Palladium. Lors d'une raction catalytique, on forme l'alcne Z (cf. les alcnes). L'tape 2 est celle que l'on cherche viter en empoisonnant le catalyseur.

R R'Etape 1

H2 / Pd

R'R Etape 2

H2 / Pd

R'R

( Z )

Le catalyseur de Lindlar permet quant lui de rduit un alcyne en alcne de strochimie Z sans qu'il n'y ai de sur rduction et donc formation de l'alcane correspondant. Cette rduction se fait en prsence d'hydrogne et du catalyseur au palladium empoisonn par du carbonate de calcium et de l'actate de plomb. Le catalyseur de Lindlar ne permet donc pas de rduire un alcne en alcane.

R1 R2

Pd LindlarH2

R1 R2

Rduction chimique : La rduction chimique permet quant elle de s'arrter l'alcne de configuration E. On peut la faire soit avec du Sodium dans l'ammoniaque (Na/NH3 Liquide), soit avec du Lithium dans l'ammoniaque (Li/NH3 Liquide). Ce qui ncessite de travailler basse temprature, c'est--dire vers -40C, de faon ce que NH3 qui est un gaz temprature ambiante, se liqufie.

R R'R

R'

Na / NH3 Liq

( E ) Additions lectrophiles Hydracide : Contrairement aux alcnes, sur les alcynes on peut ajouter 2 quivalents d'hydracide, de

faon obtenir le produit gem-dibrom (le prfixe gem signifie que les atomes de Brome sont sur le mme carbone). La raction rpond la rgle de Markovnikov.

Br

R+ H Br

Br

R

BrHHR + H Br

Ici on a fait l'addition sur un alcyne vrai, mais en faisant la mme raction sur un alcyne disubstitu, et en nadditionnant qu'un seul quivalent d'hydracide, on aboutit un mlange d'alcnes Z et E. Les proportions sont variables, le compos E est favoris pour des raisons thermodynamiques. (Attention : ici pour faire simple, exceptionnellement, on attribue la configuration Z et E en considrant que R1 et R2 sont les groupements prioritaires).

R2R1 + H XR2R1

( Z )

+R1

R2( E )

H H

X

X

Hydroboration : L encore l'hydroboration se fait du ct le moins encombr, mais cette fois elle aboutit la formation d'un nol dont la forme la plus stable est la forme ctone (voir la chimie des composs du Bore). ATTENTION : Ici, pour l'exemple, on utilise BH3 mais il est prfrable d'utiliser BR3 avec un groupe R volumineux afin d'amliorer la rgioslectivit.

Alcynes


R R'R'RBH3

H BH2

H2O2 / OHR'R

H OH

R'R

O

Hydratation : L'hydratation se fait en prsence de sels de mercure et donne un compos dont la forme nol aboutit la fonction ctone qui est la plus stable. L'hydratation de l'actylne (thyne en nomenclature officielle) donne l'thanal.

R HR

HO

RHg2+

H+ O

Comme nous l'avons vu pour les alcnes, il est possible de faire une addition sur la triple liaison de faon ce que cette addition soit de type anti-Markovnikov. Pour cela comme prcdemment il faut travailler en prsence d'un peroxyde pour faire un radical :

HR + H BrROOR

R

Br

Mlange Z + E

Sance de rattrapage pour ceux qui n'auraient pas bien suivi : Si on fait une addition d'hydracide sur une triple liaison, ou une double, et que cette addition rpond

la rgle de Markovnikov alors : Dans un premier temps on additionne H+ sur notre insaturation, il se forme donc un carbocation (qui bien sr doit tre le plus stable possible). Puis ensuite Br- vient taper sur le carbocation de faon donner le produit final.

HR + HHR

X

R

X

H

Si on fait une addition d'hydracide sur une triple liaison, ou une double, et que cette addition est de type anti-Markovnikov, alors dans un premier temps, avec le peroxyde, on forme un radical X., qui va venir taper sur l'insaturation. Donc notre radical doit tre lui aussi le plus stable possible. Puis H. viendra se mettre sur notre radical de faon donner le compos final.

HR + XXR

H

R

H

X

Conclusion : Dans un cas l'halogne "arrive en dernier" sur le substrat, alors que dans l'autre cas il "arrive en premier". Cette "lgre" diffrence suffit elle seule expliquer la rgioslectivit de l'addition. Le mieux pour viter le mlange d'isomres Z et E, lors de cette raction de type anti-Markovnikov, c'est encore de passer par un alane ce qui permet de former un alcne E :

R HHAl(iBu)2

HR

H Al(iBu)2

I2 HR

H I Isomrisation

Il est possible, au cours d'une raction d'isomrisation, de passer d'un alcyne disubstitu un alcyne vrai et rciproquement. Cette raction d'isomrisation est rendue possible grce l'action de bases.

n-C5H11

OH N N K

HOK

( )5tBuOHDMSO

H3COH

( )4

Alcynes


Hydrocarbures aromatiques


Hydrocarbures Aromatiques Gnralits

On parle de composs aromatiques lorsqu'une molcule rpond certains critres, chaque critre tant ncessaire mais pas suffisant. En effet, pour qu'un compos soit dit aromatique, il faut :

qu'il possde 4n + 2 lectrons (pi) (n=0, 1, 2, ....). C'est la rgle de Hckel. que tous les lectrons soient dans un mme plan.

Si ces deux conditions sont respectes alors le compos est aromatique. Si un compos ne possde que 4n lectrons alors on dit qu'il est anti-aromatique. Il existe donc trois catgories de composs : les aromatiques qui possdent 4n +2 lectrons , les anti-aromatiques qui ne possdent que 4n lectrons , et les composs non aromatiques qui ne sont ni anti-aromatique, ni aromatique.

Avant de voir plus en dtail la ractivit des composs aromatiques, nous allons apprendre les reconnatre.

Il faut voir l'aromaticit comme une nergie de stabilisation. Si un compos la possibilit, par une forme tautomre, de devenir aromatique alors c'est cette forme qui sera privilgie car c'est celle qui donne la plus grande stabilit. Exemple : Une ctone existe sous deux formes, la forme ctone (la plus abondante) et la forme nol (forme minoritaire). On a alors un quilibre entre les deux formes mme si cet quilibre est fortement dplac dans le sens de la forme ctone. Prenons un autre exemple (voir ci dessous), cette fois on a toujours une ctone, mais la forme majoritaire est la forme nol car dans ce cas on forme un driv aromatique donc il y a stabilisation par formation de l'aromaticit, la forme ctone est quasi-inexistante.

OHO

OHO

Composs non aromatiques

Ce compos n'est pas aromatique, c'est un trine (trois doubles liaisons) conjugu qui possde 4n+2 lectrons mais qui malheureusement ne sont pas dans un mme plan.

Composs anti-aromatiques : tout les composs reprsents ci-dessous sont anti-aromatiques, ils

possdent tous 4n lectrons .

Composs aromatiques : Le chef de fil des composs aromatiques n'est autre que le benzne. Il possde bien 4n+2 lectrons

avec n=1 et de plus tous ses lectrons sont bien dans un mme plan. Pour reprsenter le benzne il existe plusieurs notations. La premire est la notation de Kkul, cette notation permet de reprsenter les lectrons l'aide de double liaisons. Il existe donc deux formes tautomres pour le benzne de Kkul, tout dpend de la position des insaturations. Une autre notation consiste reprsenter les lectrons l'aide d'un 'cercle', ce qui met peut-tre mieux en vidence le fait que les lectrons sont dlocaliss sur tous les carbones.

Hydrocarbures aromatiques


Passons aux htrocycles, et prenons l'exemple de la pyridine :

NN

C'est exactement le mme cas qu'avec le benzne, enfin presque car ici l'atome d'azote possde un doublet libre (en bleu), c'est--dire deux lectrons. Mais ce doublet n'est pas dans le mme plan que les lectrons . Donc la rgle des 4n+2 lectrons est respecte.

Prenons maintenant l'exemple des cycles 5 chanons, et notamment l'homologue infrieur de la

pyridine savoir le pyrrole :

NH

N H

Toujours la mme chose, c'est--dire 4n+2 lectrons . Mais cette fois-ci le doublet libre de l'azote (en rouge) participe l'aromaticit. Consquence directe de cette participation, le pyrrole est moins basique que la pyridine car dans le pyrrole le doublet libre de l'azote n'est plus libre, mais engag dans l'aromaticit alors que dans la pyridine il est libre.

S O Le thiofne et le furanne prsentent eux aussi un caractre aromatique pour les mmes raisons que celles

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Cours de Chimie Organique