LO 01 - Polymères organiques : relation structure-propriétés
Niveau : PC.
PR : Polymères (tacticité, pelote statistique), …
Biblio : Frajman polymères, HP PC/PC*, Tout-en-un PC/PC*, Deterre, Boudet.
Introduction Tout-en-un p857
déf polymères, ils sont omniprésents ! Polymères naturels en nous (amidon, ADN) et
dans notre environnement (cellulose) mais aussi tout autour de nous des polymères
artificiels ou de synthèse, les plastiques, les caoutchoucs, le papier... Ils ont des
propriétés très différentes (tuyau en caoutchouc étirable et rétroprojecteur dur), dues à
des structures très différentes. Qu'est-ce qui peut différer dans les structures ?
I.
Présentation
1. Structure
Rappel polymère linéaire/ramifié/réticulé. Frajman p368
Selon la voie de synthèse,différentes tacticités et des polymères tête-tête ou tête-queue.
copolymères pour faire varier les propriétés (statistiques, alternés, par blocs ou greffés)
(exemples HP PC/PC* p715). On obtient selon la voie de synthèse une polymolécularité
plus ou moins marquée.
T: Beaucoup de conformations sont accessibles et vont engendrer des structures
différentes (pelote statistique).
2. Classification
naturels, artificiels, synthétiques : ce type de classification ne décrit pas la structure
Déf taux de cristallinité. Schémas de polymères très ou très peu cristallins.
Déf polymère cristallin/semi-cristallin/amorphe, influence de la tacticité et des
ramifications sur le taux de cristallinité.
2. Température de transition vitreuse
Déf transition vitreuse, facteurs influençant Tg.
Polymère semi-cristallin : état rigide, souple et caoutchoutique (existence Técoulement).
Polymère amorphe : pas de Tf. Cristallin : pas de Tg. Exemples HP PC/PC* p733
T: On vient de voir que la rigidité des polymères dépend de leur nature et deT, elle
dépend aussi des contraintes qui leur sont appliquées.
2. Contrainte et module d'Young
Déf contrainte et du module d'Young E. Frajman p378
Évolution de E en fonction de T pour un polymère amorphe ou semi-cristallin.
polymères thermoplastiques, thermodurs et les élastomères Tout-en-un p887 et 901
III. Autres propriétés
1. Solubilité
Les polymères thermodurs en général insolubles dans tous les solvants. Frajman p382
Dans un bon solvant, les autres polymères se solubilisent s'ils sont linéaires ou gonflent
s'ils sont réticulés (schéma, application : couches absorbantes), utilisation de plastifiants
Deterre.
T: jusqu'ici propriétés isotropes or polymères peuvent être orientés et donner lieu à des
propriétés physiques particulières dans certaines directions telles que de la conduction.
2. Conduction électrique
La plupart des polymères sont des isolants électriques, on les utilise en général pour faire
des gaines isolantes. Tout-en-un p902, Deterre p117, Boudet p111
Pour avoir une conductivité non nulle, il faut que des électrons (p) puissent circuler.
Ex : polyacétylène dopé ou non.
T: Il n'existe pas de polymère cristallin. Les deux types de polymères restants ont des
propriétés variables, notamment leur résistance vis-à-vis de contraintes ou de la chaleur.
Conclusion
Récapitulatif. Les polymères présentent des propriétés variables selon leur structure, et
sur lesquelles on peut jouer en les mixant (copolymères). Exemples.
II. Propriétés thermiques et mécaniques
Transp récapitulatif : polymère cristallin/amorphe/semi-cristallin (xc = 5 ou 50%)
1. Changements d'état
1. Température de fusion
Un polymère est lourd et fait beaucoup d'interactions intramoléculaires, en général il ne
pourra pas passer en phase gazeuse et il n'a pas toujours une Tfus !
L'état liquide est visqueux ; influence de xc sur Tf.
Remarques :
→ Quand un polymère se décompose, c'est en général qu'il est oxydé par l'air (O 2).
→ Le taux de cristallinité est expérimentalement obtenu par DSC (obtention de D fusH).
→ Les polymères conducteurs ont fait l'objet d'un PN en 2010.
→ Polymère thermodur : quand on le chauffe, il se réticule de plus en plus ce qui le
rigidifie irréversiblement.
LO 02 – Stratégie de synthèse
Niveau : L3
PR : Chimie organique licence, stéréochimie
Biblio : Waren, Sparfel, Carey T2, Kocienski
Introduction
Pourquoi synthétiser des molécules au laboratoire ?
 Parce que les rendements d'extraction et de purification à partir des plantes sont
parfois très mauvais (taxol de l'arbre Taxus brevifolia, Nicolaou I p655)
 Parce que toutes les molécules actives ne se trouvent pas dans la nature
 Parce qu'on veut reproduire certaines molécules « biologiques » pour les étudier
Historique : Nicolaou I p5 La synthèse en chimie organique est une science relativement
récente : elle commence avec Wöhler en 1828 et la synthèse de l'urée. Depuis les cibles
se sont complexifiées (on montre notamment l'apparition de cycle et de centres
asymétriques). La synthèse organique s'este rationnalisé avec notamment le concept
d'analyse rétrosynthétique, introduite par Corey dans les années 60.
I. Conception d'une synthèse : introduction à l'approche rétrosynthétique
Exemple d’introduction : Palytoxine Sparfel
Pour molécule complexe → imaginer synthèse à rebours en simplifiant la structure
identifier liaisons stratégiques pour simplifier molécule cible en composés plus simples.
Chaque molécule obtenue lors de cette déconnection doit à son tour être simplifiée
jusqu’à obtention de molécules commercialement disponibles.
1. Exemples de déconnexions et reconnexions associées
Sparfel déf cible, analyse rétrosynthétique, déconnexion, synthon, réactif
formalisme comparé synthèse et rétrosynthèse
• déconnexion liaisons CC et C=C, reconnexions associées sur exemples, donner
synthons et équivalents synthétiques Warren
• déconnexion liaisons C-hétéroatome Warren
• reconnaître des motifs caractéristiques facilite la déconnexion (ex de DielsAlder et ozonolyse)
2. Interconversion de fonctions
Parfois intéressant de convertir un GF en un autre pour pouvoir effectuer la
transformation souhaitée, opération qui se réalise sans modifier le squelette carboné
(oxydations, réductions, éliminations, conversions alcool en halogénures, etc…)
Se servir des exemples précédents
3. Planification des synthèses associées
• synthèse linéaire vs synthèse convergente, rendements respectifs Sparfel
si étape avec faible rendement → la mettre au début
• importance de l’ordre séquentiel des réactions Warren p17
planification d’une synthèse = comparaison critique des différentes voies possibles.
complexité du plan de synthèse croît avec complexité de la molécule.
• règles pour l’élaboration d’un plan rétrosynthétique Sparfel p15
Une bonne déconnection ne doit pas faire apparaître de risques que d’autres réactions
concurrentes puissent avoir lieu en même temps que la transformation souhaitée
II. Eléments stratégiques lors de l'élaboration d'une synthèse
1. Problème de la stéréochimie
Carey p701 Palytoxine Sparfel → bcp de centres asymétriques, il faut être sélectif !
Utilisation de réactions séléctives
Synthèses énantiosélectives, introduction de la chiralité via des réactifs chiraux, des
catalyseurs chiraux / utilisation
de molécules du pool chiral / séparation par dédoublement de racémique etc.
2.
Compatibilité de la réaction envisagée
1. Utilisation de transformations sélectives
réactions chimiosélectives ou régiosélectives à illustrer sur quelques exemples.
ex époxydation des alcools allyliques vs alcènes isolés
2. Utilisation de groupements protecteurs
Kocienski
utilisation d’un GP = constat d’échec, pas d’autres moyens de faire réaction souhaitée
Notions d’orthogonalité dans les GP.
Les 4 questions à se poser quand on utilise un groupement protecteur :
1- est-ce que je peux placer mon GP où je veux et seulement où je veux ?
2- est-ce qu’il va résister aux conditions réactionnelles de la synthèse ?
3- Est-ce que je pourrai l’enlever sélectivement quand je n’en aurai plus besoin ?
4 – En quoi va-t-il affecter la réactivité de mon substrat ?
Conclusion
Grands enjeux de la synthèse organique, avant de se lancer dans une synthèse il faut
réfléchir pour trouver la meilleure voie ! Il n'existe pas qu'une seule et unique voie
d'accès à des molécules complexes et quand on fait molécule active en pharmacie, on
cherche à le faire de la manière la moins toxique possible ! Parler de chimie verte.
LO 03 – Les alcènes
Niveau : PC
PR : théorie de Huckel simple, chimie organique de L1 (hydratation, hydrohalogénation,
ozonolyse), notions de stéréochimie, éléctrophile, théorie de Huckel simple
Biblio : ICO, Vollhardt, Clayden, HP PC, PUF
Introduction
Les alcènes sont des molécules très présentes dans la nature (éthène, limonène etc..) . On
a déjà l'an dernier un pan de leur réactivité notamment les additions électrophiles
I.
Addition électrophile sur les alcènes
1. Hydrohalogénation
bilan, mécanisme, rappel Markovnikov
2. Hydroboration
hydratation → on forme l'alcool le plus substitué, comment former le moins substitué ?
Bilan, PN pour Brown en 1979, schéma mécanistique
explication régiosélectivité (tableau ICO p216), stéréosélectivité car rétention de
configuration
II.
Oxydation des alcènes
1. Époxydation
utilisation de peracide, exemples de peracides, O électrophile, bilan, régiosélectivité
2. Dihydroxylation
KMnO4 dilué a froid (test caractéristique des alcènes Vollhardt p527)
OsO4 : addition syn et sensible a l'encombrement, utilisation d'un réoxydant, on peut
couper le diol obtenu par NaIO4
3. Coupure oxydante
ozonolyse, bilan et conditions sur transparent, mécanisme formation molozonide
III. Hydrogénation catalytique
1. Cas des alcènes
bilan, catalyseur, mécanisme (Vollhardt), sélectivité
notion de chimisorption, physisorption
2. Formation d'alcènes à partir d'alcynes
bilan, catalyseurs particuliers, on obtient alcènes Z
IV. Réaction de Diels Alder
1. Éthène et 1,4-butadiène
Diagramme d’OM obtenus par Hulis et forme des OMs PUF p296.
2. Orbitales frontières
Approximation des orbitales frontières PUF p.342
Retour sur les OMs de l’éthène et du butadiène. HO et BV. Plus les polyénes linéaires
seront longs et plus la HO sera haute en énergie, la BV basse en énergie.
3. Diène et diénophile
Généralisation sur les diènes et diénophiles. Nécessité du diène trans. Diènes cycliques
et acycliques. Règle d’Alder pour les diénes et diénophiles : rapprochement de la HO et
de la BV.
4. Réaction de Diels Alder
bilan, mécanisme, régiosélectivité et stéréosélectivité, règle de l'endo
Conclusion
Ce sont des substrats de grandes valeurs pour obtenir des polymères plastiques
LO 04 – Dérivés d'acide carboxylique
Niveau : PC
PR : Alcool, acide carboxylique, Hückel, IR/RMN, effet inductif/mésomère, amines,
hydrure, VSEPR
Biblio : HP PC, Vollhardt, Clayden
Introduction
Déf dérivés d'acides, il en existe 5 : les chlorures d'acyle, esters, anhydrides d'acide,
amides, nitriles. Les chlorures d'acide, les anhydrides d'acides sont des intermédiaires de
synthèses et ne se retrouvent pas dans la nature. Les nitriles très rarement (présents dans
huile d'amande). En revanche les esters et les amides sont présents dans la nature et
apparaissent dans la composition de nombreux produits d'usages courants tels que les
médicaments, les additifs alimentaires, les produits cosmétiques. HP p653 exemples
Quels sont leurs intérêts par rapport à l'acide carboxilique et leur réactivité ?
I.
Généralités sur les dérivés d'acides
1. Présentation et nomenclature
esters, anhydride d'acide, amides, nitrile, chlorure d'acide → nomenclature pour chaque
équation bilan pour montrer que ce sont des dérivés d'acide HP p656
2.
•
•
•
•
•
Propriétés
1. Physiques
VSEPR → AX3E0 : trigonal plan
formes mésomères
longueur liaison C-Z diminue quand caractère de double liaison augmente
Teb : pas de liaisons H dans chlorures d'acyle, anhydrides et esters ICO p650
solubilité : amide et nitrile très soluble dans l'eau liaisons H mais pour les autres
mauvaises solubilités
2. Spectroscopie
IR : plus Z est donneur, plus σ diminue Clayden p288
•
•
•
3. Réactivité générale
comparaison effet +M et -I des groupements et donc caractère électrophile du
C, expliquer avec BV
méca d'addition-élimination, réactivités relatives et raisons (nature du
nucléofuge, électronégativité du groupement mésomère donneur) Vollhardt
propriétés A/B
II. Synthèse des dérivés d'acide
1. Chlorure et anhydride d'acide
équation bilan à partir des acides carboxiliques
•
•
2. Esters
à partir d'acides carboxyliques et alcools, mécanisme, réaction lente,
athermique, renversable et équilibrée → Dean Stark
à partir de chlorure d'acide ou anhydrides, bilan , mécanisme, notion
d'activation
3. Amides et nitriles
acylation à partir d'un chlorure d'acyle ou anhydride, mécanisme, conditions suivant Z
nylon et liaison peptidique (on en parlera plus tard)
nitriles : on déshydrate amide
III. Utilisation en chimie organique
1. Hydrolyse
bilan pour tous et méca pour la saponification de l'ester
2. Réduction des dérivés d'acides
réduction ester en alcool primaire par LiAlH4, mécanisme
NaBH4 moins réactif
3. Synthèse peptidique
exemple sur l'aspartame, notion de protection de l'amine et acide carboxylique par
acylation et estérification
4. Synthèse malonique
Equation bilan, mécanisme, explication pKa et intérêt. HP
Conclusion
Transparent soleil bilan
Dérivés d'acides très employés car plus réactifs que l'acide, utilisés en industrie agroalimentaire ou polymères !
LO 05 – Les amines
Niveau : L2
PR : nucléophilie/électrophilie, A/B, spectroscopie IR, RMN, alcools, carbonyles
Biblio : Vollhardt, Weissermel, ICO, Lalande
Introduction
Dans l'air O2 important pour respirer et O est présent sous de nombreuses formes, H2O,
alcool, et bien d’autre composé organique. N2 lui est inerte, mais néanmoins il est
présent sous forme de ses dérivés organiques et a un rôle tout aussi essentiel que O.
Notamment on a les amines. déf amines IUPAC, structure, aliphatique et aromatiques,
exemples Vollhardt p960
Au niveau biologique, on le retrouve dans les acides aminés qui constituent les protéines
jouant important dans les organismes vivants.
I.
Présentation des amines
1. Nomenclature et classe des amines
comparaison classes avec ROH : pour alcool classe dépend de R, pour amine dépend du
nombre de R, exemples
nomenclature IUPAc : nom élément + azane, ou anciennement alcanamine, mais souvent
noms courants, exemples
2. Propriétés physiques
VSEPR → Td, on devrait avoir centre asymétrique mais non car inversion (donner frqce)
polarité, liaisonsH Tfus et Teb assez hautes mais moins que O, exemples
Solubilité dans solvants organiques, eau
spectroscopie : IR bande NH à 3250 cm-1, RMN 1H et 15N ICOp458
RMN de N dans l’étude des protéines
3. Réactivité
comparer aux alcools tout le long
dessin RNH2 → acide/base de Bronsted, pKa couple RNH3+/RNH2 et LDA
→ base de Lewis, exemple d'un complexe avec en comme ligand
→ nucléophile, exemple d'une SN2
→ propriétés d'oxydo-réduction ! Donner conditions oxydation amine
II. Réactivité des amines
1. Addition sur dérivés d'acides
on sait que alcool + dérivés d'acide = ester, on va avoir même genre de réaction
bilan, mécanisme, application à la synthèse du Nylon et couplage peptidique à travers
exemple de l’aspartame (montrer qu’il faudra probablement protéger certaines
fonctions) ICO p683
2. Addition sur aldéhyde et cétone
bilan, méca, utilité ancienne (connaître structure carbonyle grâce à Tfus)
3. Alkylation d'Hofmann
Bilan, méca → problème des polyalkylations !
on peut s’arrêter au niveau de RNH3 si excès de NH3 Lalande
applications : alkylation des azotes de l'ADN, mais aussi chimiothérapie anticancéreuse
III. Synthèse des amines
1. Synthèse d'amines primaires aliphatiques
synthèse de Gabriel, bilan, mécanisme, sert à la formation d'acides aminés
2. Synthèse d'amines secondaire et tertiaires
amination réductrice : bilan et mécanisme Vollhardt p973
La classe de l’amine finale va s’effectuer lors du choix de l'amine initiale
3. Synthèse d'amines aromatiques
Réduction de RNO2 en RNH2 (formation industrielle d'aniline)
nitro-benzène puis soit hydrogénation + cata ou avec NH3+cata. Weissermel p386-387
Conclusion
Bilan, liste non exhaustive de réactions notamment on n'a pas parlé des propriétés de
complexations !
LO 06 – Réactivité électrophile du groupement carbonyle (acides
carboxyliques et dérivés exclus)
Niveau : PC
PR :notion électrophile/nucléophile, théorie des OM, OF, Huckel, organomagnésiens
Biblio : HP, ICO, NTA blanc, Clayden
Introduction
Définition d’un composé carbonylé : double liaison CO
Pourquoi s’intéresse-t-on à ce groupement ? Il est dans de nombreux composés naturels
(camphre) et il est également très utilisé en synthèse parce qu'il permet de former des
liaisons CO et CC, ce qui est très recherché pour la construction de squelettes carbonés !
I.
Propriétés du groupement carbonyle
1. Structure et propriétés physiques
VSEPR, mésomérie, longueur liaison, angles, énergie liaison
polarité, conséquences sur T changement d'état
2. Spectroscopie
IR → bande vers 1700 cm-1, influence conjugaison
RMN → H aldéhyde sort vers 10ppm
3. Réactivité
Hulis → BV confirme électrophilie du C
comparaison aldéhyde et cétone, angle de Burgi-Dunitz NTA p217
T: On va voir comment utiliser cette réactivité en synthèse organique
II. Interconversion de fonctions
1. Formation d'alcool par réduction
Réduction par NaBH4 → mécanisme, conditions (nombre d'équivalents), sélectivité
Réduction par LiAlH4 → moins sélectif, conditions plus dures
réduction du camphre ICO modèle moléculaire
T: on a vu que aldéhyde plus réactifs que cétone, comment attaquer cétone alors ?
2. Formation d'acétals
Notion de protection
bilan pour formation hémiacétal, conditions, mécanisme
formation acétal à partir de l'hémiacétal, mécanisme
application à la protection HP
T: et si le nucléophile est un C, on forme des liaisons CC : joie !
III. Formation de liaisons carbone carbone
1. Liaison simple
rappel RMgX sur transparent, mécanisme simplifié et exemples
2. Liaison double
Wittig (PN 1979) → bilan
formation de l'ylure, définition ylure, force de la liaison P=O
application à la synthèse du bombykol Clayden p818
Conclusion
On vient de voir un large panel utilisant le groupement carbonyle comme synthon
électrophile et on verra dans une prochaine leçon les propriétés nucléophile de ce
groupement en conditions basiques
LO 07 – Réactions en α du groupe carbonyle
Niveau : PC
PR : AN sur les composés carbonylés, organomagnésiens, Hückel, RMN
Biblio :HP, ICO, Clayden
Introduction
Le taxol, anticancéreux issu de l’écorce de l’if, inutilisable tel quel. Mais on a trouvé
dans les feuilles un précurseur où la partie stéréochimiquement compliquée était déjà
faite et on a dû créer de nouvelles liaisons CC. Le carbonyle est une fonction centrale du
programme, elle permet de créer des liaisons C-C, et c’est souvent le coeur d’une
synthèse. Dans cette leçon, on cherche une source de carbone nucléophile. Pour l’instant
on connaît les RMgX, dans des conditions très dures. On cherche des réactifs plus doux.
I.
Equilibre céto-énolique, vers la nucléophilie des dérivés carbonylés
1. Notion de H en alpha
H en α acide, formes mésomères
Echelle de pKa, évolution, effet cumulatif, base à utiliser
mise en évidence de l'énol : spectre RMN de la dimédone Clayden p524
→ attribution pics + pics non attribuables dus à l'énol
2. Equilibre céto-énolique
Equilibre entre les 2 formes : bilan, valeurs de constantes d'équilibre ICO p555.
→ équilibre fortement déplacé vers composé carbonylé : énol instable mais exemples
d'énols stables (phénol et pent-1,3-dione, valeurs K), explication stabilité
Mécanisme en catalyse acide et basique Clayden p526
3. Réactivité des énolates
Hulis, paramètres Hückel. HO haute en énergie → nucléophile
en contrôle orbitalaire, C alkylation
en contrôle de charge, O alkylation
II. Réaction d'alkylation
1. Généralités
bilan, mécanisme général
2. Régiosélectivité
autant d'énolates que de H en alpha et donc produits différents, exemples
contrôle cinétique et thermodynamique pour favoriser les énolates
3. Polyalkylation
exemples, comment favoriser un des produits
III. Condensation entre dérivés carbonylés
1. Aldolisation, cétolisation
contrôle thermodynamique, C-alkylation majoritaire
bilan pour les 2, déplacement d'équilibre par Soxhlet, explications ICO p625
Mécanisme
2. Condensation croisée
on a aldéhyde et cétone en solution, a priori 4 produits donc pas très intéressant... sauf
dans le cas où l'un n'est pas énolisable ! Application HP
3. Crotonisation
bilan, mécanisme → fait apparaître fonction conjuguée, cool pour la synthèse !
Conclusion
Revenir sur la synthèse du taxol et présenter l’étape qui crée la liaison montrée dans
l’introduction. Les liaisons CC c'est la vie.
LO 08 – Création de liaisons C=C
Niveau : L3
PR :contrôle cinétique et thermodynamique, réaction de β-élimination (E2, E1, E1cb),
réaction de Wittig, SN, hydrogénation catalytique des alcènes
Biblio : ICO, Clayden, Kurti, Vollhardt, Rabasso
Introduction
Les C=C sont présentes dans un nombre important de molécules naturelles et
synthétiques car ce sont des groupements susceptibles d’être facilement modifiés par des
réactions diverses et parce qu’ils apportent de la rigidité dans les molécules.
Dans les molécules naturelles possèdent ces doubles liaisons (exemples) et il est
important de voir de quelle manière on peut obtenir les C=C à partir d'une large gamme
d'autres molécules et surtout de maîtriser la stéréochimie de la double liaison formée, en
effet, celle-ci peut être Z ou E et avoir des propriétés très différentes ! Ex Clayden p804
I.
Réactions d'élimination
1. Sur les dérivés halogénés et les alcools
Bilan, 2 mécanismes limites : E2, E1. Discussion rapide sur la stéréo et régiosélectivité.
ICO + Clayden p492 exemples
2. Crotonisation
Rappel sur le mécanisme, exemple ICO p626 + TD
3. Elimination de Peterson
Réaction permettant d'obtenir des doubles liaisons contrôlées là où les autres méthodes
d'élimination donnent des mélanges de régioisomères
 Milieu acide
Bilan Clayden p813 + mécanisme. Réaction stéréospécifique
 Milieu basique
Bilan + mécanisme
II. Réaction de Wittig et réactions dérivées
1. Wittig
Bilan ICO p616 + mécanisme
On n'a pas le même produit suivant l'ylure utilisé
• Ylures non stabilisés → alcène Z : contrôle cinétique, irréversibilité de la
formation de l’oxaphosphétane, produit cinétique le plus rapidement formé.
Clayden p817
• ylures stabilisés → alcène E : formation oxaphosphétane réversible
Synthèse bombykol grâce à Wittig. Clayden p818
• ylures semi stabilisés → mélange
• Modification de Schlösser
Présence de sels lithiés → alcène E indépendemment de la stabilité de l’ylure. Dérive
stéréochimique.
Bilan Kürti p489 + méca Rabasso
2. Horner-Wadsworth-Emmons
Introduction phosphonates qui sont ici utilisés.
 Synthèse de phosphonates
Réaction d’Arbuzov. Bilan + mécanisme
 HWE
Bilan ICO p619. Méca non connu.
Avantages de cette réaction : élimination phosphite par un simple lavage à l’eau.
 Still-Gennari
Modif de HWE où on utilise un éther couronne qui va piéger le cation. Bilan ICO p620.
Méca pas bien connu mais en tout cas on voit l’importance de la présence du cation pour
une sélectivité donnée + présence CF3 inductif attracteur qui va diminuer réactivité de P.
III. Réduction des alcynes
1. Hydrogénation catalytique
Pd de Lindlar pour s’arrêter à l’alcène (empoisonné).
Bilan ICO p264 + mécanisme, exemples ICO p269
Chimiosélectivité + stéréosélectivité : (Z) car les deux H se mettent du même côté de
l’alcyne adsorbé sur le cata.
Comparaison sur un exemple de Wittig et de l’hydrogénation d’un alcyne. Clayden p818
2. Réduction par les métaux dissous
Réaction radicalaire.
Bilan Vollhardt p574 + méca. Alcène (E) car l’anion formé dans le méca adopte la
géométrie trans plus stable. Autre alternative : utiliser LiAlH4.
Conclusion
On a vu ici création de C=C mais il existe d'autres façons d'obtenir des C=C en gérant la
sélectivité. Encore d'autres méthodes existent pour former des C=C à partir de
C=C déjà existante tout en gérant sélectivité, ex métathèse C=C donnent C=C PN 2005.
Utilité des alcènes → notament polymères
LO 10 – Réactivité des composés halogénés
Niveau : L1
PR : forces intermoléculaires, stéréochimie de base, RMgX, nucléophilie/électrophilie
Biblio : Vollhardt, ICO, Rabasso, Carey T2
Introduction
Le terme halogène vient du grec halos (sels) et genes (qui génère). Halogènes : F, Cl, Br,
I, At. Ce dernier est radioactif et rare donc peu de connaissance de sa chimie. Ici,
composés halogénés : composés comportant un halogène
I.
Propriétés des halogènes
1. Eléments de la colonne 17
Configuration électronique, comparaison électronégativité, rayon atomique, composés
courants
2. La liaison C-X
Comparaison électronégativité C et X → liaison polarisée
énergie de liaison comparée à celle de C-C Vollhardt p216
On oublie F car liaison forte avec C
3. Propriétés physiques
Teb plus élevées que alcanes correspondants car interactions de type London
II. Obtention de dérivés halogénés
1. A partir d'alcènes
• hydrohalogénation
version thermique : bilan, mécanisme, régiosélectivité type Markovnikov, pas de
stéréosélectivité, comparaison des différents HX
version photochimique : bilan, mécanisme, effet Karasch
• dihalogénation
bilan, mécanisme, diastéréosélectivité, comparaison des différents substituants
•
•
•
2. A partir d'alcool
action de HX : déjà vu donc juste en parler
PX3, bilan (mécanisme Rabasso p338)
(COCl)2 bilan
3. A partir d'acides carboxyliques
à partir de (COCl)2, bilan
III. Réactivité des halogénoalcanes
1. SN
• SN2
Observation expérimentale, bilan et loi de vitesse, mécanisme SN2, état de transition et
inversion de Walden, comparaison nucléofugacité
• SN1
bilan, loi de vitesse, mécanisme, stéréochimie
Rappel sur compétition SN2/SN1
2. Beta élimination
• E2
exemple, stéréochimie, explication avec orbitales
• E1
exemple, bilan et stéréochimie
rappels compétition E2/E1 et E/SN
3. Addition oxydante
Grignard, exemples avec Mg, Zn et Li
comparaison réactivité des halogènes
Conclusion
Les réactions principales des dérivés halogénés sont les éliminations et les substitutions
nucléophiles. Les RX sont plutôt des intermédiaires de synthèse car très réactifs.
LO 11 – Alcools : synthèse et réactivité
Niveau : L1
PR :organomagnésiens, notion de nucléophile/électrophile, VSPER, SN
Biblio : Paul Arnaud, Vollhardt 5e edition, HP PCSI, tout-en-un PCSI
Introduction
Les alcools sont les composés les plus simples possédant dans leur structure une liaison
simple entre un oxygène et un hydrogène, de formule générale ROH où R est un
groupement carboné. On trouve de nombreux alcools dans la nature (menthol, glucose,
rétinol..), les plus simples peuvent être utilisés comme solvants et les autres sont souvent
des intermédiaires réactionnels en synthèse.
bilan, mécanismes et exemples → compétition entre SN et E (exemples Ten1)
on peut également citer attaque R-Mg-X sur époxyde : bilan, mécanisme, exemples
discussion sur régiosélectivité attaque
3. Par action d'un organomagnésien
Bilan sur une cétone, mécanisme, exemples, tableau récapitulatif
III. Réactivité des alcools
due à la polarisation des liaisons C-O et O-H donc 2 manières de réagir :
– rupture liaison OH en milieu HO- → caractère basique et nucléophile de RO– rupture liaison C-O en milieu acide → formation de R+ ou SN
schéma T&D p564 ROH est donc un amphotère
I. Généralités sur les alcools
1. Nomenclature et structure
déf alcool, formule générale. On peut les voir comme des dérivés de l'eau où on a
remplacé un H. Distinction alcool/phénol/énol (exemples Arnaud p350)
VSPER, classes suivant R
nomenclature systématique alcane → alcanol, système avec ramifications, alcool
cycliques Vollhardt p286 exemples
1.
Réactions acido-basiques
1. Propriétés basiques
équation bilan, tableau de pKa et discussion
→ csq : ROH base dans acides forts et acides de Lewis (schéma de prédominance)
L’ acide conjugué de l’alcool R – OH2+ a les mêmes possibilités d’évolution que les R –
X. Les mêmes types de réaction ont lieu plus généralement après attaque par des acides
de Lewis : SN, E (formation de RX ou alcènes)
2. Propriétés physiques
longueur liaison, angle T&D p562, moment dipolaire, tableau avec Teb et Tfus
→ aucun ROH gazeux à TA, Teb très élevées à cause des liaisons H, certains ROH
solubles dans l'eau grâce à liaisons H mais s diminue quand taille R augmente
– formation d'un RX par action de HX bilan
Réaction lente et conduit à un équilibre. Réaction inverse de l’hydrolyse d’un RX.
Favorisée dans le sens de formation du RX en présence de HX cc en excès et dans
le sens opposé par excès d’eau, si possible en milieu basique.
Influence de R et de HX, SN1 ou SN2 → test de Lucas (T&D p573)
toxicité des alcools (MeOH → cécité voire mort), EtOH (ICO)
–
II. Synthèse des alcools
1. Dans l'industrie
MeOH, EtOH et iPrOH sont parmi les alcools les plus commercialisés (donner chiffres)
MeOH → plus gros tonnage, à partir de CO et H2 + cata , si on met cata = Rh on obtient
ethylène glycol essayer de donner des chiffres !
EtOH, fermentation des sucres (équation réaction Vollhardt) ou hydratation éthylène
2.
Au laboratoire
1. Par hydratation d'un alcène
bilan et conditions, mécanisme, on forme l'alcool le + substitué → règle de Markovnikov
2. Par substitution nucléophile
attaque de HO- sur RX (Vollhardt, Ten1) , SN2 ou SN1 suivant la classe de R
par action d'un composé inorganique bilan et conditions
2. Propriétés acides
formation des alcoolates, équation bilan, tableau de force des pKa et commentaires T&D
→ csq : comment préparer RO- ? Soit par A/B en solvant non aqueux et base forte, soit
par redox avec métaux alcalins (équations)
–
–
2. En tant que nucléophile
estérification, bilan
synthèse de Williamson, bilan, influence classe RX, concurrence E ↔ SN
Conclusion
bilan (transp « soleil ») Les alcools sont très utiles en synthèse puisqu'ils peuvent être
convertis en de nombreuses autres fonctions comme alcène ou carbonyles.
LO 12 – Biomolécules, oses, structure et réactivité
Niveau : L3
PR : Notions de bio, polymères, chimie orga de base, protection
Biblio : Vollhardt, OCP 99, NTA vert
Introduction
Chez les hommes et les animaux, un polymère appelé glycogène Vollhardt p1129 permet
de stocker l’énergie. Ce polymère est particulièrement intéressant car il présente la
faculté de libérer du glucose pour maintenir la glycémie à un taux correct grâce à une
enzyme. Son monomère constitutif a une structure bien particulière qu’on appelle ose et
dont on va étudier les propriétés dans une première partie.
I.
Généralités
1. Présentation
déf ose avec formule brute Vollhardt p1097, OCP 99. aussi sucres ou glucides.
Nomenclature, exemple glucose (sang), fructose (fruits), ribose (ADN)
flexcam : Vollhardt p1100 famille d'oses
T: Les oses peuvent être représentés sous forme cyclique ou ouverte. Mais les
représentations habituelles (Cram/chaise) apparaissent mal adaptées
2. Représentations
La plupart des oses sont chiraux : représentation de Fischer et non R et S
• Fischer : principe et exemples sur ose simple Modèle moléculaire
• Haworth : principe, exemple et passer de Fischer à ça
Nomenclature L et D, α et β
T: Comment et combien de formes d'un même sucre peut-on trouver en solution ?
3. Formes en solution et effet anomère
Équilibre mais formes cycliques majoritaires par raisonnement thermo et cinétique OCP
Justification représentations fructose et glucose (tout en équatorial).
Carbone anomère, conformations α et β. Proportions dans ≠ solvants, effet anomère
(Carey, OCP). Ex de la mutarotation du glucose (Vollhardt p1105)
position anomérique est désormais bloquée → le sucre n’est plus réducteur.
SN2P, assistance anchimérique. OCP p33
On va former des polymères de sucres → retour sur l’exemple du glycogène.
2. Protection/déprotection
Nécessité (ex synthèse de la vitamine C (Vollhardt)).
• Totale : acétylation/méthylation (Vollhardt).
• OH porté par le carbone anomère : méthylation.
• OH primaire : groupement trityle (OCP).
• OH secondaires : que si reste protégé, ou par acétalisation avec de l'acétone.
Conditions de déprotection dans chaque cas, orthogonales si plusieurs groupements.
3. Réaction d'oxydoréduction
Ici dans cette partie on va considérer la chaîne ouverte.
 Réduction
alditols = produits issus de la réduction des aldoses et des cétoses, exemples
 Oxydation
- Oxydation par HNO3, exemples
- Clivage oxydatif des oses, méca +exemples de dégradation.
III. Détermination de structures
1. Tests caractéristiques
Réactif de Tollens et liqueur de Fehling (Vollhardt), équations bilan
exp : Tests en live sur une solution aqueuse de glucose.
T: Autres moyens : rajouter ou enlever des C de la chaîne principale
2. Homologation
on part de sucres qu’on ne connaît pas et on va se ramener à des sucres qu’on connaît.
formation d’une cyanhydrine suivi d’une étape de réduction, exemple
Version améliorée et abrégée de ce que l’on appelle la synthèse de Kiliani-Fischer.
T: Possibilité de rajouter un C mais possible d’en supprimer grâce au procédé inverse
T: position anomérique particulière pour sucres. Elle a aussi réactivité particulière.
3. Dégradation
dégradation de Ruff. C’est une décarboxylation oxydative, exemple + mécanisme.
Problème : rendements souvent pas très bons à causes des conditions expérimentales.
II. Réactivité
1. Du carbone anomérique
exemple glycosylation. Vollhardt p1114 mécanisme (on forme le carbocation). La
Conclusion
Réaction de dimérisation du glucose. Les oses peuvent polymériser pour former de la
cellulose, amidon autant de polymères vitaux qui seront l'objet d'une prochaine leçon.
LO 13 – Le bore en chimie organique
Niveau : L3
PR : hydroboration, dérivés carbonylés, amines, stéréochimie, oxydation, réduction,
angle de Bürgi-Dunitz, migration
Biblio : Rabasso, Clayden, Kurti, HP PC, ICO, Bruckner, Emsley
Introduction
Le bore a été découvert en 1808, et on a vu le développement de sa chimie dans les
années 1950. Il est également à l'origine d'un Prix Nobel pour Brown (conjointement à
Wittg) en 1979 ce qui montre l'intérêt pour la chimie des hétéroéléments.
Maintenant la chimie du bore très répandue et permet de nombreuses réactions ou
intermédiaires de synthèse. Nous allons essayer de comprendre sa réactivité pour
comprendre son intérêt en chimie organique.
•
•
Stéréosélectivité : syn-addition, addition concertée
Stéréospécificité : sur alcène Z ou E → on obtient autre diastéréoisomère.
Mécanisme pour monoalkylation et possibilté d'aller jusqu'à trialkylation. Influence de
l'encombrement de l'alcène sur nombre d'alkylation
Hydroboration assymétrique, introduction C* permet un transfert de chiralité Rabasso
2.
Formation de liaisons C-O et C-N
1. Obtention d'alcool
règle anti-Markovnikov, hydrolyse par H2O2+NaOH,
Mécanisme avec rétention de configuration. HP p543 noter passage trivalent, tétravalent.
2. Obtention d'amine
Même principe que C-O, réactif utilisé, mécanisme, Clayden p1283, ex Carey p206
Le bore et ses composés
1. Propriétés
Position dans CP, Z, configuration électronique, électronégativité Pauling à comparer
avec celles de C, O, H → électropositif. Emsley
3. Formation de liaisons C-C
Addition allylboranes : introduction d'une chaîne allyle, bilan.
Allyboration racémique. ≠ avec alcène Z ou E. Mécanisme 6 centres avec ET Clayden
Allyboration énantiosélective avec ET + exemple Rabasso p158
2. Composés
• borane
formule de Lewis avec lacune (acide de Lewis!), VSEPR, dimérisation, stabilisation
avec le solvant Rabasso
Alkylboranes : ex 9‐BBN, Cy2BH, Sia2BH
• autres composés : NaBH4, acide boronique, borique
III. Réduction par les dérivés du bore
1. Les hydrures
NaBH4 = donneur d'hydrures, ne réduit que aldéhyde et cétone, mécanisme ICO p582
• Chimiosélectivité: aldéhyde > cétone, pour réduire cétone sélectivement :
conditions de Luche Bruckner p273
• Stéréosélectivité : angle Burgi-Dunitz, comparaison camphre et norbornanone
ICO p583
I.
3. Réactivité
2 géométries possibles : trigonal plan avec lacune ou tétraédrique avec charge négative
Trigonal plan : électrophile, acide de Lewis car orbitale p vacante
Tétragonal : liaision B-R avec charges partielles, nucléophile (hydrure par exemple)
T: la réactivité du B repose sur le passage incessant entre ces 2 formes
II. Obtention et réactivité des organoboranes
1. Hydroboration
Rappel : bilan HP p541
• Régiosélectivité : modulée par gène stérique mais aussi effets électroniques ex
ICO p216, ≠ entre styrène et paraméthoxystyrène, calculs de charges sur Hulis.
• Chimiosélectivité : attaque sur alcène le moins encombré
On peut jouer sur chimiosélectivité : comparaison réduction par NaBH4, NaBH3CN,
LiBH4Clayden p622
2. Borane
Différence avec donneur d'hydrure:pas ion et acide de Lewis !
Réactivité différente, réduit acide carboxylique. Explications Clayden p619
Exemple comparatif : BH3/LiBH4 Clayden p620
Conclusion
Bilan soleil. Grande gamme de réactivité, liste non-exhaustive. Il y a également le
couplage de Suzuki qui a obtenu un PN en 2010. Le grand intérêt des composés borés :
non toxiques donc super pour médicaments ! Rabasso p134, Kurti p448
LO 14 – Réactions radicalaires en chimie organique
Niveau : L3
PR : OM, effet Karasch, délocalisation électronique, groupement donneur/attracteur
Biblio : Clayden, Fossey, Bruckner, ICO
Introduction
Les processus radicalaires interviennent dans de nombreux domaines de la chimie :
combustion, autooxydation, atmosphère. La chimie radicalaire est un outil précieux
pour le chimiste organicien, pour construction de molécules complexes.
Historiquement c'est le radical triphénylméthyle qui a été découvert le premier en 1900
(modèle moléculaire) mais ce n'est qu'avec des travaux comme ceux de Morris Karasch
que les radicaux sont vraiment entrés en synthèse organique.
I.
Les radicaux
1. Propriétés et formation
déf radical, réaction radicalaire Clayden p1022
formation :
• A partir de molécules non radicalaires :
homolyse de liaison faibles, activation photochimique ou hautes T, exemples et valeurs
d'énergies de liaison Clayden p1020
• A partir d'autres radicaux :
substitution, addition, réduction, élimination radicalaire, exemples Clayden p1023
radicaux très réactifs mais existe radicaux persistants, temps de ½ vie, ex Clayden p1024
2. Stabilité
Valeurs d'enthalpie de dissociation pour radicaux Clayden p1026
Explication de cette stabilité Fossey p54 effet de substituants électroattracteur ou
électrodonneur (exemples+diagramme) Clayden p1027
Cinétique, facteurs stériques Fossey p56
3. Réactivité
Radicaux : électrophile ou nucléophile. Fossey p73
déf SOMO, SOMO réagit avec HO et BV d'un autre réactif, différents comportements si
SOMO de faible ou de haute énergie Clayden p1045
II. Interconversion de fonction
1. Halogénation en position allylique
rappel halogénation radicalaire Clayden p1035 Ex bromation du cyclohéxène : 2
produits, on n'en veut qu'un!
→ halogène en position allylique en utilisant NBS. Clayden p1038 Méca, NBS permet
faible concentration en Br2, contrôle régio et chimiosélectivité
expliquer pourquoi on introduit X en allylique et pas ailleurs (cf Partie I!) : le radical
allylique est stabilisé par conjugaison.
2. Défonctionnalisation
Barton Mc combie, bilan, mécanisme Bruckner p34
3. Procédé au cumène
Brückner p31 Auto-oxydation du cumène, bilan + mécanisme
Application industrielle, par transposition, on obtient acétone et phénol (bilan)
III. Formation de liaisons C-C
1. Polymérisation du styrène
mécanisme, données industrielles, régiosélectivité mais on ne contrôle pas bien la
tacticité ICO p222
2. Condensation entre un alcène et un halogénoalcane
mécanisme, exemple, intérêt du nitrile, ce qu'on peut en faire par la suite (ex hydrolyse
→ amines)
Conclusion
Bilan rapide. Les radicaux sont responsables de cancers : coup de soleil qui crée
radicaux mais le corps humain utilise la vitamine E pour « apprivoiser » le radical, en le
transformant en radical moins réactif donc moins dangereux. Clayden p1024
LO 15 – Conformation et configuration
Niveau : L1
PR : isomères de constitution, nomenclature fonctions chimiques, représentations de
Cram et Newman, formule topologique (TS),VSEPR, lumière polarisée (L1)
Biblio : HP PCSI, Clayden, ICO
Introduction
Les propriétés des substances, et en particulier leur réactivité, dépendent de
l’arrangement spatial de leurs atomes (ex thalidomide). Il est donc primordial de
s’intéresser aux représentations des structures dans l’espace. Vous avez déjà abordé la
notion de conformation en terminale. Définition et exemple Clayden p448
Utiliser des modéles moléculaires pour toutes les molécules étudiées et pour le plan du
cyclohexane dessiner un trait sur une feuille blanche à montrer à la flexcam !
I.
Analyse conformationnelle
1. Rappels et définitions
Déf conformation, rappels sur l’éthane : formule brute, Cram, Newman
2. Chaîne linéaire
Butane : représentation Newman, modèle moléculaire → gène stérique a contribution
significative, E=f(θ) et nom des conformations
Barrière de conformation vs. Agitation thermique. Odg Clayden p454
Autres alcanes plus longs : formule topologique en « zig zag » justifée.
•
•
•
•
3. Chaîne cyclique
Cyclohexane : plan ne respecte pas VSEPR mais conformations qui respectent
angles et liaisons, Ep=f(θ), plan moyen du cycle, positions axiales/équatoriales.
monosubstitué : csq inversion chaise. Interactions 1,3 diaxiales et gauches.
di substitué : cas substituants 1,2 et 1,3 (+ gros en équatorial), déf cis/trans avec
modèle de Cram, inversion ne modifie pas cis/trans.
configurations bloquées : camphre, adamantane
II. Analyse configurationnelle
1. Définitions
Stéréoisomérie de configuration, carbone asymétrique, énantiomères et
diastéréoisomères et exemples. HP p174
2. Stéréochimie du carbone asymétrique
Carbone asymétrique, règles CIP, configuration absolue, exemple de détermination de
configuration
3. Stéréochimie configurationnelle de liaisons C=C
alcènes Z/E, une simple rotation permettrait de passer du Z au E mais il faut rompre la
liaison π (E= 200kJ/mol) → pas des stéréo-isomères de conformation.
4. Propriétés physico-chimiques de stéréoisomères
• Diastéréoisomères
Propriétés physico-chimiques ≠ : exemple acide fumarique et maléique (donner Tfus)
• Enantiomères
notion de chiralité, déf
mêmes propriétés physico-chimiques sauf vis-à-vis d'une lumière polarisée ou d'un
réactif chiral, mais on peut les distinguer quand même!
→ physique : polarisation de la lumière + loi de Biot + polarimètre + mélange racémique
→ chimie : pas les mêmes interactions avec d’autres molécules chirales (exemple des
récepteurs olfactifs)
III. Stéréochimie dynamique
1. Réactivité des conformères
Exemple de E2 : cyclohexane substitué ICO p361
2. Dédoublement racémique
Problématique : on ne veut qu’un énantiomère sur les deux.
Méthode : soit on a de la chance (Pasteur!) et les énantiomères cristallisent
différemment, soit on fait dédoublement racémique, principe et exemple
Conclusion
Bilan HP p188
Les conformations sont importantes. Ici on s'est interessé à la stabilité relative des
conformations d'une même molécule et on a essayé d'expliquer comment rationaliser la
stabilité des différentes conformations. Les conformations sont importantes pour étudier
la réactivite d'une molécule. Certaines conformations sont réactives et pas d'autres
(élimination en trans beaucoup plus que en cis). Les conformations les plus stables ne
sont pas forcément les conformations les plus réactives
LO 16 – Réaction d'élimination en chimie organique
Niveau : L1
PR : SN, notion de nucléophilie/basicité, stéréochimie, cinétique
Biblio : Carey T1, Reichardt, T&D PCSI, Tout-en-un
Introduction
Dans la leçon précédente on a vu les différents mécanismes de substitution nucléophile.
On a vu notamment que sur cet exemple Tout-en-un p837, il y a un sous-produit qui ne
semble pas issu d'une SN. Il est le produit d'une réaction d'élimination due au fait que les
nucléophiles sont aussi des bases en général, définition élimination. Il existe trois types
d'élimination α, β, γ avec exemples Carey, mais on va se limiter aux β.
I.
Trois mécanismes limites
1. E1
Procéder par analogie avec SN1
bilan, conditions, loi de vitesse ordre 1 → ECD = formation carbocation
tracé Ep=f(CR), mécanisme, dessiner les ET, origine du nom
transp : tableau résumé
2. E2
loi de vitesse, profil réactionnel, mécanisme, dessiner les ET, origine du nom
transp : tableau résumé
3. E1cb
idem
transp : tableau résumé
T: on a vu à travers les exemples qu'on pouvait former différents alcènes en différentes
proportions → sélectivité !
II. Sélectivité des réactions d'élimination
1. Régiosélectivité
cas avec plusieurs H portés par des carbones en β → Zaitsev, produit le + stable
si base très encombrée → Hofmann, alcène le moins substitué
2.
Stéréosélectivité
1. E2
ET impose que H et X soient en anti → impose stéréosélectivité
ex Clayden p491 → on obtient des dia → diastéréosélectivité (spécificité même)
2. E1
on forme E majoritaire car plus stable, diagramme Ep=f(CR) Clayden p488
on perd la spécificité
3. Compétition régio-stéréosélectivité
cas d'un cyclohexane ex du menthol Clayden
T: Comment joue-t-on sur le type d'élimination ?
III. Influence de différents facteurs
1. Compétition entre les différents mécanismes d'élimination
mécanismes d'élimination sont en fait mélange des 3 mécanismes limites : on symbolise
ça par un diagramme Ep en 3D, diagramme de More O'Ferrall Carey p370
cas de l'halogénure d'éthyle : bilan pour E1, E1cb
4 caractéristiques ressortent :
• nature du RX pour base diluée → E1 pour R(III)
• solvant → polaire favorise E1, E1cb
• concentration base → E2
2. Compétition élimination-substitution
dans un tableau
• influence classe RX
• nucléophilie/basicité réactif
• T haute → favorise E
Conclusion
Les réactions d'élimination permettent de forme des liaisons C=C mais sont rarement
utilisées en synthèse parce que les réactions parasites comme les SN interviennent
beaucoup même si on sait comment favoriser les éliminations.
Remarques :
dire à un moment que élimination est l'inverse d'addition sur alcène, et que l'on forme
des alcènes !
LO 17 – Oxydation en chimie organique
Niveau : L3
PR : Oxydoréduction (en solution aqueuse), chimie organique de L1 et L2, chimie
organométallique et catalyse homogène : notions de base et mécanismes
Biblio : Carey T2, ICO, OCP6, Rabasso, Kurti
Introduction
En chimie organique, la méthode de détermination du DO est similaire à la chimie
inorganique (rappels et exemple sur H2O). Mais pour but-1-ène et but-2-ène on pourrait
penser que l'isomérisation est une réaction rédox ! On introduit autre déf de réaction
rédox : réaction dans laquelle le DO moyen d'un type d'atome augmente → 5 classes de
réactions rédox OCP
I.
Oxydation de fonctions oxygénées
1. Oxydation par les métaux de transition
1. composés à base de Cr(VI)
Utilisation de Cr(VI) sa forme dépend du solvant utilisé (AcOH→ anhydrides mixtes,
pyridine → liaison Cr-N) mais toujours DO(VI) et oxydants puissants Carey p615
Sélectivité élevée en prenant Cr et conditions particulières.
Ex : réactif de Jones, bilan et exemple mais réactions parasites (ICO p410)
application à l'éthylotest
transp : autres réactifs de Cr(VI) PDC, PCC, Collins (tableau)
mais problèmes : Cr toxique, non sélectif, utilisé en quantités stoechiométriques
2. Oxydation catalytique
Utilisation de TPAP avec cooxydant NMO. Rabasso p196, OCP p26
Ex : 2 alcool présents, un secondaire et un allylique , c’est l’allylique qui est oxydé !
Il existe un autre réactif qui est lui aussi sélectif !
3. Oxydation sélective des alcools allyliques
Carey p619 les alcools non activés réagissent très lentement avec MnO2. bilan
2.
Oxydation par composés à base d'hétéroatomes
1. Swern
bilan, mécanisme, pas de suroxydation
oxydant stoechiométrique, DMSO à activer, méthode très populaire
mais problème : Me2S pue, chlorure d'oxalyle pas top
2. Dess-Martin
bilan, exemple, mécanisme (mettre les DO de l'iode)
avantage et inconvénients (Rabasso p191)
3. Oxydation de Pinnick
Kurti exemple, mécanisme (transp)
Nécessité de contrôler le pH, d’utiliser le 2-méthyl-but-2-ène pour réagir sur
l’acide hypochloreux formé in situ. Problématique de l’oxydation simultanée
des alcènes
II. Oxydations d'hydrocarbures insaturés
1. Epoxydation des alcènes
avec peroxyde : exemple avec sélectivité (Carey p632), mécanisme
époxydation de Sharpless : bilan Rabasso p220
2.
Dihydroxylation
1. via époxyde
mécanisme en milieu acide et basique, dihydroxylation trans
2. Dihydroxylation cis
avec KMnO4 : bilan, méca
avec OsO4 + cooxydant : bilan, méca Kurti p406, quantité catalytique
3. Procédé Wacker
Meca, exemple, réaction régiosélective, ici O2 stoechiométrique et CuCl cooxydant
III. Clivage oxydant
1. Alcènes
Ozonolyse : rappel des différentes conditions de traitement.
Il y a mieux :oxydation de Lemieux-Johnson. Exemple (ICO 2 p212). On combine
dihydroxylation et clivage
2. Diols
Exemple OCP p39 avec NaIO4. Même type de réaction avec Pb(OAc)4. Mécanisme
avec do de l’iode
Conclusion
Exposé loin d’être exhaustif : fonctionnalisation (cf Baeyer-Villiger), oxydation
d’hétéroatomes… Intérêt actuel autour de l’oxydation des liaisons C-H sur C non
fonctionnalisé. Le must c'est la recherche de sélectivité, mais la nature le fait mieux que
nous, sélectivité = gros défi en recherche.
LO 18 - Méthodologies de synthèse respectueuses de
l'environnement
Niveau :L3
PR : Chimie orga de L2, rétrosynthèse, protection. Catalyse, biochimie de base
Biblio : Antoniotti, Lancaster, « Catalysis », Arnaud orange, (ICO, Chimie3, Loupy,
Shriver, Atkins : exemples)
Introduction
La chimie est pour beaucoup l'opposé d'une science respectueuse de l'environnement,
elle jouit d'une mauvaise image auprès du grand public. Aujourd'hui besoins
environnementaux, or la chimie est au cœur de la société → elle doit s'adapter aux
contraintes. Chimie verte 1998 Anastas : 12 principes, on les verra au fur et à mesure.
Dans cette leçon, on va se mettre dans la peau d'une chimiste organicien et prendre un
point de vue : celui de la chimie respectueuse de l'environnement. Bien sûr les critères
du chimiste (rendement, pureté) resteront des critères mais il y en a d'autres en plus.
Comment la synthèse chimique est-elle reliée à l'environnement ?
Avant la synthèse(origine des réactifs, solvants), pendant (énergie, risques), après
(déchets au sens large). Une synthèse c'est 2 phases : la conception (choisir la suite de
réactions) et la mise au point (choisir les conditions).
I.
Choix des réactions
1. Origine des réactifs
bien dire en quoi c'est de la méthodologie de synthèse
Hémisynthèse vs petrochimie : extraction ou pleins d'étapes ? Ex caféine/taxol ICO.
Notion de renouvellement : pétrole et biomasse, temps de formation du pétrole est long
devant sa consommation → non renouvelable. Antoniotti p20 principe 7
Recyclage des produits industriels
2. Limiter les sous-produits
Lancaster p26 Rejet de Hg, transformé en HgMe2 toxique par l'écosystème → 50 morts.
Facteur E + tableau exemples valeurs, PA p595
Valorisation : Procédé au cumène Lancaster p28 mieux : éviter les déchets
principes 1, 10, 11 → suivi en continu
Economie d'atomes : DA/Wittig Antoniotti, sélectivité, pas de GP principes 2, 8
Stéréosélectivité : thalidomide ICO p85 principe 4 Celle-ci est permise grâce à la
catalyse principe 9
3. Catalyse
Ibuprofène → utilisation catalytique plutôt que stoechiométrique Lancaster
-Quantité cata : Comparaison sur acylation Lancaster p113
-Biocatalyse : Doux, sélectif. Antoniotti p93
-Multicatalyse. Dédoublement dynamique Antoniotti p166
principe 9
II. Choix des conditions expérimentales
1. Choix du solvant
Lancaster, Antoniotti
• Eau
• sans solvant : chalcone principe 3
• non usuels : Fluides supercritiques Chimie3 CO2 : Diagramme PT, point
critique, zone d'utilisation
• liquides ioniques : déf, polarité, hydrophile mais insoluble dans l'eau,
thermostable, modulabilité des ptés. Exemples.
Compromis avec cout énergétique → on en a pas encore parlé
2. Techniques d'activation et économie d'énergie
Loupy principe 6
Sonochimie : Commutation sonochimique. Ex C-O-alkylation
Microondes : Chauffage sélectif (tableau solvants) + abaissement de ∆G≠
3. Sûreté
Lancaster Risque=Dangerosité * Exposition. On pourra jamais limiter l'exposition à 0,
donc on considère la règle « what you don't have can't harm you ». Dose Létale.
Principes 3 et 12
Conclusion
Rappeler voire compléter les 12 principes, comparaison sur l'aspartame (ICO vs
Catalysis) ou Ibuprofène. Bilan avec mots clés. En réalité aucune synthèse n'est parfaite
(ex : une réaction efficace contient des composés réactifs et donc potentiellement
dangereux) et on manque de recul pour savoir vraiment quels choix il faut faire pour
l'environnement. Il faut considérer un cycle de vie complet, et ce n'est pas facile. La
chimie verte est jeune mais c'est la chimie du futur.
LO 19 – Organométalliques
Niveau : L2
PR : RMgX, A/B, Nucléophilie/électrophilie, SN, Dérivés halogénés, Dérivés
carbonylés, Acides carboxyliques et dérivés, Époxydes, notion de chimie radicalaire
Biblio : Astruc, Clayden, ICO, Bruckner, OCP
Introduction
Déf composé organométallique ICO p499, Beaucoup de métaux (montrer CP, ICO p499)
Déf métal et métal de transition. (Al, Zn, Sn, Mg, Li, Cu)
Composés très réactifs, on en trouve qu'un à l'état naturel la cobalamaine mais très
grande utilité en chimie organique ! Clayden p210, chap organométalliques
Exemples : Hormone juvénile 7 sur les 16 liaisons formées à partir d’organométalliques.
Objectif : comprendre intérêt de ses composés, leur synthèse, leur réactivité
I.
Généralités sur les organométalliques
1. Présentation
Ici uniquement Zn, Li, Mg, Cu. MAIS il en existe d’autres, exemples
Polarité due à EN, EN des différents organométalliques considérés ici.
Inversion de polarité (Umpolung) énergie liaison faible, à comparer avec celle du C
Nomenclature ICO p500
2. Réactivité
modélisation en R- / M+ d’où plusieurs propriétés.
• Basicité de Brönsted : odg pKa , à tout prix éviter les espèces protiques. (dire
que les lithiens sont souvent utilisés comme base !!).
• Nucléophile : plus ≠ d’EN grande, plus composé Nu donc on aura des
réactivités plus élevées pour Mg, Li que Zn. donner les Δ(EN).
• Acidité de Lewis de M :nécessité d’être stabilisé par le solvant. Solvant
aprotique et sans site électropositif. alcanes conviennent pour Li, Mg a besoin
d’être stabilisé, schéma de stabilisation.
→ organométalliques = intermédiaires de réactions !
II. Mode de préparation des organométalliques
1. Insertion oxydante
RMgX, RLi , R2Zn ICO p368 réaction redox. Bilan et ex. Calcul de DO, ICO p366
2. Echange halogène-métal
Principe ICO p517 appariement entre espèce les plus dures.
Avec Li seul : perte partielle de la stéréochimie.
Exemples avec rétention de configuration : RMgX, RLi , R2Zn ICO p518
3. Déprotonation
Formation des alcynures. Clayden p213 (principe avec pKa et exemple)
Ortholithiation. Principe Clayden p214 et exemple ICO p513 synthèse d’un
intermédiaire du fludioxinil (fongicide agricole)
4. Transmétallation
Principe Clayden p217, cas du Li
Organoétains fortement utilisé pour former lithien délicat. Notamment permet de
garder stéréochimie. Exemples ICO p520, possibilité de faire l'inverse. ex ICO p518
Clayden p217 formation d’un dialklylzinc, pour conservation des livres anciens.
III. Organométalliques en synthèse
1. Substitution nucléophile
déjà vu sur RMgX, et les autres ? époxydes. ICO p541 : organolithien, Et2Al-R
Bilan (et mécanisme sur transparent car déjà vu )
2.
Addition nucléophile
1. sur les aldéhydes et cétones
méthode très importante de création liaisons CC, bilan, mécanisme, exemple Clayden
p214, réactions secondaires Bruckner
Cas des aldéhydes et cétones α-β insaturés Clayden p235
comparaison des attaques 1-2 et 1-4, mécanisme dans le cas 1,4. contrôle orbitalaire ou
de charge, exemple OCP p26 calculs Hulis à montrer
2. sur les acides carboxyliques
Bilan et méca Clayden p219, ex : synthèse de la méthicilline
3. Défonctionalisation
Réduction des halogéno-alcanes par Bu3SnH, ex Clayden p1041 Justification du fait que
la réaction soit thermodynamiquement favorisée et de l'utilisation de AIBN, mécanisme
Conclusion
On a vu un grand nombre de réactivités des organométalliques, même si on a finalement
vu qu'un petit nombre d'organométalliques.Mais on a aussi vu les limites de l'utilisation
des organométalliques qui sont des conditions très difficiles à mettre en place.
Les organométalliques de transition jouent un rôle primordial en chimie organique
moderne à travers la catalyse par les métaux de transition dont les couplages au Pd (PN
2010).
LO 20 – Chimie organique dans l'industrie
Niveau : L3
PR : Chimie organique de L1, L2, L3 ; polymères, catalyse
Biblio : OCP30, Perrin, Weissermel, Vollhardt, Housecroft, Antonietti, ch27 Paul Arnaud
Introduction
La chimie n’est pas seulement une science de laboratoire ou théorique. C’est cette
dualité qui fait de la chimie une science particulière : son utilisation en sciences.
Médicaments, polymères textiles, carburants et plastiques... En TP en laboratoire, les
synthèses ne dépassent pas le g et prennent comme critère le rendement ou la pureté.
Synthèse au laboratoire de la Tromboxone (ozonolyse, colonne de séparation)OCP
En industrie, les produits sont synthétisés sur le kg (voire la T, kT), et il y a beaucoup
plus de critères qui seront vus au cours de cette leçon.
I.
Du laboratoire vers l'industrie
1. Problèmes liés au changement d'échelle
au labo : béchers et ballons en verre mais cassants, sensibles à T et P
en industrie : verre impossible, métal + résistant mais pas inerte, on combine verre et
métal pour réacteurs, description OCP
Mesure de volume → mesure Δm. Evaporation à sec impossible, solvants plus volatils.
Reprise de l’exemple de la Tromboxane : pas de chromato colonne, pas de basse T
•
•
•
2. Problèmes liés à la sécurité et environnement
Sécurité : pas de O3 (dangereux), tout hermétique et rien de très volatil pour
protéger les employés. Insister dessus : la sécurité est toujours la priorité n°1.
Des catastrophes arrivent et donnent une mauvaise image de la chimie
Considération des déchets : solvant organique = déchet toxique mais peut être
traité et réutilisé. Traitement dur de l’eau avant de la relacher, déf facteur E <1
en chimie lourde, ≈100 en chimie fine
considérations énergétiques : Perrin parfois couplés avec les réacteurs : énergie
fossile = matières 1re parfois, nucléaire, énergies renouvelables, exemples
II. Accès aux produits de base
1. Carbochimie
Schéma simplifié, carbochimie = industrie de transformations chimiques des houilles et
leurs dérivés, origine du charbon, déf de houille, coke.
Procédé Fisher-Tropch
2. Petrochimie
pétroles bruts = mélanges d’hydrocarbures acycliques et/ou cycliques, de C1 à C40
environ → raffinage pour obtenir essence : schéma Paul Arnaud, explication des étapes
• déssalage du pétrole brut (élimination du sel)
• distillation : séparer les hydrocarbures
• craquage : couper les chaînes longues, bilan
• reformage : augmenter la concentration en hydrocarbures aromatiques pour
chaînes moyennes, mécanisme de la réaction Perrin
Pour chaînes courtes, pétrochimie → obtention d'intermédiaires de 1re génération
vapocraquage, comment faire et tonnages
T: tableau Paul Arnaud le pétrole est de moins en moins utilisé !
3. Matières renouvelables
Ressources renouvelables : notion de temps de reconstitution
Perrin p112 Produits dérivés des agroressources : glucose → ethanol → pleins de trucs
Problème, l’éthanol est trop cher (pour l’instant)
Utilité des agroressources : produits à haute valeur ajoutée. Hémisynthèse ex Antoniotti.
T: On a vu dans cette partie que l’éthylène était formé à très haut tonnage, que fait-on
quand on a plein d’éthylène ? Du polyéthylène donc des polymères!
III. Exemples de procédés en chimie fine
1. Polymères
tableau Paul Arnaud → on produit vraiment beaucoup
exemple à partir du benzène : 2 types de nylon 6-6
Tacticité : ex Ziegler-Natta Housecroft on l'ajuste selon les propriétés recherchées
3. Choix de voie de synthèse
Retour tromboxane : synthèse industrielle (à résumer depuis OCP)
Critères pour synthèse industrielle : succès, produits de départ, sécurité... OCP p9
2. Industrie pharmaceutique
taxol : molécule compliquée, son extraction ravage des ifs du pacifique → hémisynthèse
à partir d’un précurseur présent dans les feuilles d’ifs anglais plus répandus Vollhardt
T: aperçu des procédés industriels, parlons plus particulièrement de l’industrie chimique.
Schéma Paul Arnaud, on parlera plus particulièrement des produits de départs
Conclusion
La chimie industrielle est partout, de nombreux efforts sont faits pour effacer cette image
négative de la chimie qui circule à cause des catastrophes.
LO21- Catalyse en chimie organique
carbonyle a été transformé en très bon nucléophile. Donner exemple estérification alcool
+ acide carboxilique car catalyse acide au départ et 2e lors du départ de l'eau
niveau : L3
PR : cinétique chimique, notion de thermodynamique, cours organométallique de base
(notion de ligand, étapes principales, calculs des DO, NEV), hydrogénation catalytique
Biblio : Scacchi, Astruc, Mathey, Housecroft, Carey, OCP 99
2. Base de Bronsted
catalyse peut être aussi basique et hétérogène: crotonisation avec soxhlet (bilan,
explication montage)
Introduction
On sait qu'une réaction n'a lieu que si c'est ok pour la thermodynamique, mais certaines
réactions sont très lentes et ainsi donnent l'impression de ne pas avoir lieu. On cherche
donc à accélérer la réaction et pour cela on emploie des catalyseurs. On a déjà vu cette
notion l'année passée dans le cours de cinétique, on va les étudier plus en détails.
3. Acide de Lewis
mukayiama aldol Kurti, Carey T2 réaction entre éther d'énol silylé et dérivé carbonylé
avec acide de Lewis. Les éther d'énols silylés pas suffisamment nucléophiles pour réagir
directement mais avec cata acide de Lewis c'est bon. Bilan Carey , mécanisme Kurti
On crée un centre stéréogène dont la configuration va dépendre de l'encombrement de
l'éther d'enol. L'état de transition est acyclique → tableau des valeurs Carey
I.
Généralités sur la catalyse
1. Définitions
Scacchi chapitre 6, Housecroft p906
déf catalyseur, mode d'activation, diagramme Ep=f(CR), catalyse aussi réaction inverse.
L'énergie d'activation globale est plus faible que celle de la réaction non catalysée.
Important : ne change pas la thermodynamique, ne rend pas possible une réaction que la
thermodynamique refuse.
2. Classification
Astruc p347 (transparent)
avantages, inconvénients et exemples de chacun
3. Choix du catalyseur
Housecroft p908
Plusieurs facteurs à prendre en compte : aspect financier, concentration catalyseur
nécessaire, turnover, sélectivité, fréquence du renouvellement def TON et TOF
sélectivité sur l'exemple de la conversion du propène en aldéhyde Housecroft
idée de catalyse asymétrique
II. Catalyse acido-basique
1. Acide de Bronsted
réactions impliquant une attaque nucléophile sur un carbonyle sont très souvent
catalysées par des acides ou des bases. (exemples)
La catalyse a lieu lors l'acide conjuguée ou la base conjuguée du réactif est plus réactive
que l'espèce neutre Hulis
Clayden p290 estérification des carbonyles : seuls les acides forts de Bronsted sont
assez forts pour protoner la paire libre de l'oxygène. Mais même si les proportions sont
très faibles, cela suffit à augmenter énormément la vitesse de réaction parce que le
III. Catalyse par les métaux de transition
1. Homogène
représentation des cycles catalytiques et contraintes générales Astruc p351
étude d'un cycle catalytique sur l'exemple du procéde Wacker, on nomme les différentes
étapes, compte les électrons et DO.
2. Hétérogène
hydrogénation catalytique, bilan, quel est le catalyseur, aspects stéréochimiques,
mécanismes, utilisation de catalyseur empoisonné
3. Application à la chimie industrielle
Housecroft, OCP Lorsque l'alcène ne présente pas de chiralité, le catalyseur de
Wilkinson ne peut que former un mélange racémique d'énantiomères (ex)
Mais pour la synthèse de médicament il peut être très important de maîtriser la
stéréochimie du produit puisque par exemple le L-DOPA est une substance qu'on utilise
dans le traitement de Parkinson. OCP p82 L'étape clef est l'hydrogénation catalytique de
l'acide substitué que l'on transforme en L-DOPA par la suite.
Pour cela → catalyseur avec ligand chiral, DIPMAMP sur un complexe de Rhodium.
On a a la fin le produit désiré avec rdmt et ee excellent
Conclusion
On a vu l'intérêt de la catalyse, son utilisation. C'est un secteur à l'origine de nombreux
Prix Nobel 2007 Ertl (travaux sur la chimie des surfaces solides, qui intéressent de
nombreux secteurs industriels et ont notamment servi à la réalisation des pots
d’échappement catalytiques), 2010 Negishi, Heck, Suzuki (catalyse organométallique) et
qui est continuellement en expansion grâce aux demandes industrielles et au
développement de la chimie verte.
LO 22 – Hétérocycles aromatiques
Niveau : L3
PR : chimie du benzène (aromaticité, SN/SE Ar), RMN, formes mésomères,
Biblio : Milcent, OCP 1, Vollhardt 5e ed, Clayden
Introduction
Vous connaissez déjà bien le benzène, mais si l'on remplace un ou plusieurs atomes du
cycle benzénique par un hétéroélément comme N, S ou O on obtient alors des
hétérocycles aromatiques. Hétéroéléments très présents en médecine : ex premier
antibiotique Clayden 1147, le viagra ou encore le Tagamet en sont deux autres exemples.
Dans cette leçon on se limitera aux cycles possédant un seul hétéroatome.
I.
Présentation des hétérocycles aromatiques
1. Structure et hétéroaromaticité
Def hétérocycle, hétérocycle aromatique. OCP p1
Nomenclature : compliquée, ajout de préfixes pour chaque hétéroatomes, mais souvent
les cycles ont des noms qui leur sont propres et qu’il faut connaître : ex pyridine
Rappel : déf aromaticité + par RMN ICO p295
Vérification critères d'aromaticité pour pyridine et pyrrole, énergie de résonance
(Milcent p112) Comparaison avec benzène → stabilité particulière, valeur des δ en RMN
→ confirme aromaticité
Autres exemples d'hétérocycles aromatiques déjà rencontrés : pyridine, pyrrole,
imidazole, furane. Discussion sur le degré d'aromaticité entre furane, pyrrole et
thiophane Milcent p112
2. Propriétés et réactivité
Propriétés différentes selon la taille du cycle ou l'hétéroatome engagé.
• Cycles à 6 membres
système π déficitaire, formes mésomères
Clayden p1149 doublet pas engagé dans la délocalisation = caractère basique (pKa)
Remplacement d’un C par élément plus EN diminue énergies des orbitales même si elles
restent à peu près les mm,
si hétérocycle interagit par HO → moins réactif mais si par BV→ + réactif
→ réactions de SE Ar (SN) défavorisées (favorisées)
• Cycles à 5 atomes : tout s'inverse
Pyrrole, thiophène, et furane. → notion de système π excédentaire, formes mésomères
Délocalisation → diminution basicité, enrichissement cycle en e - donc énergie HO
augmente ce qui favorise SE et défavorise SN. On pourra avoir des réactions de DA, ex
réactivité pyrrole > furane > thiophène pour SE. (raisons Clayden)
II. Synthèse des hétérocycles aromatiques
1. Cyclisation par condensation
• Paal Knorr et ses variantes
cycles à 5 (Clayden p1187), transp : bilan pour cycle avec N, O et S (Vollhardt p1155),
mécanisme au tableau OCP p12
cycles à 6 : on ne forme que 2 des doubles liaisons → oxydation nécessaire, tableau
bilan et méca Clayden p1193
• Synthèse de Hantzsch
transp : bilan, méca (OCP p36)
réaction multicomposant, sans traitement des intermédiaires
2. Par cycloaddition 1-3 dipolaire
Milcent p29 : rôle essentiel pour accéder à un composé hétérocyclique. On peut
synthétiser des hétérocycles par des réactions concertées ou des réactions de Diels Alder.
Ex : Milcent p103 pour Diels Alder Milcent p228 pour réaction concertée
III. Réactivité des hétérocycles aromatiques
1. Liée à l'hétéroatome
basicité et nucléophilie, comparer pyrrole et pyridine
2.
Liée à l'aromaticité
1. Substitution électrophile
• Hétéroaromatiques π-excédentaires, cycle à 5 :
2 endroits possibles pour l’attaque → formes mésomères de l’IR (analogie avec SEAr)
exemples Vollhardt p1157 mécanisme OCP p14
• Hétéroatomatiques π-déficitaires :
SE quasi impossible, exemple sur pyridine Vollhardt p1164.
→ nécessité d’activer le cycle, on peut le transformer en N-oxyde. Mécanisme OCP p38.
2. Substitution nucléophile
• Hétéroaromatiques π-excédentaires
Clayden p1162 : nécessité d’avoir un groupe activant, exemple ketorolac
• Hétéroaromatiques π-déficitaires
Réaction favorable : Chichibabin Vollhardt p1165, méca avec expulsion H- OCP p40
Conclusion
On a vu au cours de cette leçon comment synthétiser et la réactivité des hétérocycles
aromatiques les plus simples, ceux ne contenant qu'un seul hétéroatomes (tableau
récapitulatif type Clayden). Mais il existe des milliers d'hétérocycles aromatiques (ex sur
transparent, porphyrine, caféine, ADN) et la présence de plusieurs hétéroatomes induit
des synthèses et réactivité différentes.
LO 23 – Réduction en chimie organique
Niveau : L3
PR : réaction d'oxydation, réduction en chimie inorganique, mécanisme radicalaire en
chaîne, dérivés carbonylés et dérivés d'acides, alcènes
Biblio : Carey T2, ICO, Clayden, Vollhardt, OCP 96, OCP 6, Housecroft
Introduction
Réaction de réduction, déjà vues en chimie inorganique, abaissement du DO d'une
espèce. Définition réduction ICO Glossaire Permet de transiter entre focntions
chimiques. Exemple de la synthèse de la Juvabione Carey p705 Calcul de DO et se
demander comment on va passer de l'un à l'autre. Rappel de la notion de classe
d’oxydation. OCP p2 Il y a plusieurs enjeux avec les réactions de réduction : réussir à
gérer chimio, régio, stéréo, énantio-sélectivité. Nombreuses méthodes à disposition
I.
Réduction par hydrogénation
1. Réduction de liaisons C-C insaturées
H2 seul donne rien, nécessité de catalyse homogène (complexe) ou hétérogène
(suspension insoluble).
1. Catalyse hétérogène
Alcènes : méca Vollhardt et exemples montrant la régio et stéréosélectivité ICO
Alcynes : hydrogénation totale dans les mêmes conditions que les alcènes, mais partielle
et syn addition avec catalyseur de Lindlar (Pd Lindlar)
Benzène : conditions drastiques
La dernière étape = pas équilibrée : l’alcane une fois désorbé ne pourra plus se
réadsorber au catalyseur, contrairement à un alcène ou un alcyne (plus de liaison π !)
explication catalyseur Lindlar et empoisonnement, alcyne → alcène
2. Catalyse homogène
Wilkinson bilan Carey p224, cycle Housecroft p913
Ex catalyse asymétrique : L-DOPA, étape clef = hydrogénation catalytique OCP96 p82
montrer premières étapes de la synthèse de la juvabione Carey p705
2. Clivage de liaisons C-hétéroatome
X= O,N, halogène, ROBn : déprotection par hydrogénolyse Clayden p622
Réduction de C-halogène OCP p84
C-S réduit par Ni Raney Clayden
II. Réduction par transferts d'hydrure
déf hydrure, ex de NaBH4 et LiAlH4 qui peuvent en donner jusqu'à 4 ! Dire que quand
on a le choix entre les 2, on prend NaBH4 pour ses conditions opératoires moins
drastiques. propriétés basiques mais surtout nucléophiles
1. Réduction des dérivés carbonylés
bilan et mécanisme pour LiAlH4 et NaBH4
/!\ne pas faire apparaître AlH3 dans le méca de réduction d’un dérivé carbonylé par
LiAlH4.Il n’y a jamais AlH3 libre dans le milieu réactionnel (ICO p582)
solvant protique/aprotique
stéréosélectivité sur le Camphre (NaBH4 et L-selectride) (ICO p583)
2. Réductions des dérivés d'acide
Rappel sur les dérivés d'acide, bilan et mécanisme (transp) (ICO) dans le cas général.
/!\ méca Clayden faux, AlH3 n’a jamais pu être isolé, il se coordine directement sur O.
Exceptions :
• amide→amine avec LiAlH4, NaBH4 marche pas (ex OCP p66)
• acide carboxylique → réaction A/B! On utilise BH3 OCP p72
3. Chimiosélectivité
tableau bilan inspiré du Clayden p622 → bien mettre conditions opératoires
Conditions de Luche pour carbonyles α-β insaturés (ICO p 586, Kurti)
montrer étapes suivantes de la synthèse de la juvabione
III. Réduction par transfert monoélectronique
1. Réduction de liaison C-C insaturées
Orbitales en jeu : π* des molécules insaturés. Celle-ci doit être basse en énergie ce qui
est le cas pour les alcynes et les aromatiques.
Réactions de Birch :
– Avec les aromatiques : bilan et mécanisme sur le benzène (Clayden p628), effet
de substituant (ICO p335), tableau de la cinétique et de la régiosélectivité.
– Avec les alcynes : bilan (ICO p276), mécanisme, on a alcène E (alors qu'on a le
Z avec H2)
étapes suivantes de la synthèse de la juvabione
2. Clivage de liaisons C-hétéroatome
C-OH : Barton Mc-Combie, mécanisme et bilan sur transparent (Kürti p46)
C-X : Coupure de liaison par transfert de H, équation bilan (Carey p251), mécanisme
en chaîne (ICO p374) et exemple (ICO p373).
Conclusion
Présentation d’un tableau-bilan. Liste non exhaustive, on a un grand panel de réactions
qui permettent de réduire sélectivement certaines fonctions chimiques.
LO 24 – Composés organosoufrés
Niveau : L3
PR :HSAB, VSEPR, acétalisation, Williamson, oxydations d'alcool, Wittig, SEAr,
protection, protéines et acide aminés
Biblio : Clayden, ICO, OCP 33, Rabasso
Introduction (Clayden)
Déf organosoufrés OCP p1. Présence de S dans de nombreuses molécules dans la nature
(molécules remarquables par l’odeur : truffe + moufette), dans les molécules du vivant
(cystéine + méthionine Clayden p1355), importance des ponts disulfures dans la
structure des protéines en médecine (médicament contre la lèpre + antibiotique).
Réactivité des organosoufrés très intéressante en chimie orga, pour bien la comprendre,
commençons par les présenter plus en détails.
I.
Présentation des composés organousoufrés
1. Le soufre
Position dans CP, Z, en dessous de O, configuration électronique, hypervalence possible
(orbitales d proches), mais s'explique aussi par rayon atomique (comparer S et O).
Nombreux DO, EN (S, C et O), liaison S-C très peu polarisée → réactivité ne pourra pas
s'expliquer par la polarité de la liaison mais par la taille, prop du soufre. Clayden p1249
2. Les différents composés organosoufrés
Classés par DO (/!\ même si ≠ EN C et S faible, on attribue e- à S), ex calcul DO OCPp2
Energies de dissociation liaisons ICO p384, suffisament forte pour être stable mais
relativement faibles et ruptures homolytiques possibles
3. Réactivité
• oxydoréduction :
sulfures en sulfoxydes/sulfones par mCPBA/H2O2/KMnO4 Clayden p1265, RSH en SS
→ structure tertaire protéines, permanentes cheveux Clayden p1355
• A/B
Du S : pKa RSH < pKa ROH ICO p 384 + OCP p5
Du C en α du S : Clayden p1252 parler de stabilité !!
• nucléophile
doublet non liant, + nucléophile que O car polarisable et énergie ionisation plus faible
II. Réactivité nucléophile du soufre
1. Formation des thioéthers (sulfures)
Analogue à Williamson mais marche mieux : bilan, méca Clayden p1249
2. Formation de thiocétals
bilan, même méca que acétals mais en utilisant acide de Lewis.
Stable en milieu H+ : acétals et thioacétals sont GP orthogonaux pour les carbonyles.
Déprotection : méca avec HgCl2 Clayden p1255, Effet mercaptant de S, permet de
piéger tous les métaux lourds
Coupure liaison C-S avec Ni Raney, exemple
effet umpolung : action MeLi
3. Sels de soufre
bilan formation sel de sulfonium Clayden p1258, ex gaz moutarde, très réactif vis-à-vis
de tous les nucléophiles
III. Réactivité électrophile du soufre
1. Sulfonation aromatique
Méca déjà vu, bilan, réaction renversable, Clayden p553 et 571 Application aux résines
échangeuses d'ions Clayden p1473
2. Formation de bons groupements partants
Passage ROH à RX, en passant par un intermédiaire organosoufré, parler de plusieurs
GP, classement en fonction de la force du groupe partant. ICO p402
3. Oxydation de Swern
Bilan, mécanisme, réactions analogues (Moffat)
IV. Influence du soufre sur la réactivité du carbone en α
1. Inversion de polarité (umpolung)
On a vu utilisation du dithiane comme protection, mais ça a aussi un autre intérêt :
inversion de polarité. Donner pKa. Schéma de synthèse Clayden p1255
2. Ylure de soufre
sels pour former les ylures (peuvent être commerciaux mais synthèse par SN2 Clayden
• régiosélectivité
Réactivité comparée avec P Clayden, sulfonium/sulfoxonium Brückner p312
Application à la synthèse d'un β-bloquant Clayden p1259
• stéréosélectivité
Synthèse de la biotine sur transparent. Explication stéréoselectivité Clayden p1254
Conclusion
Résumé des différentes réactivités possibles des composés organosoufrés. Insister sur
carbocation stab en α et β et carbanions stab en α. Ouverture sur réactivité radicalaire
Niveau : L2
PR : notions de thermo, réactions d'orga de L2, sélectivité
Biblio : Clayden, Lehn, Vollhardt, ICO, Rabasso T2
le produit de réaction est nécessairement racémique puisque réactifs sont achiraux
Si on remplace le benzyle achiral par un amide de la valine → on a un seul énantiomère
L’auxiliaire de chiralité est énantiomériquement pur → influence sur la réaction.
le produit est diastéréisomériquement et énantiomériquement pur.
Stratégie de synthèse avec auxiliaire chiral, avantages et inconvénients Clayden p1243
Introduction
Il existe de nombreuses molécules cycliques naturelles ou synthétiques Vollhardt p131.
Cycles très variés → nombreuses stratégies de synthèse. 2 grandes classes de réactions
de cyclisation : intramoléculaire et intermoléculaire.
Classification des différents types de cycles Vollhardt p136
III. Formation de petits cycles
1. Epoxydation
Ex Clayden p506 avec mCPBA, réactivité et vitesse selon les substituants portés par
Stéréospécificité Clayden p507
Méca, régiosélectivité selon environnement électronique Clayden + ICO p204
LO 25 – Formation de cycles
Facteurs favorisant la formation de cycles
1. Aspects thermodynamiques
Réactions de cyclisation endergoniques (ΔrG°>0) : coûteuses en énergie.
• Etude de ΔrH° : ΔHcomb pour alcanes et cycles → contraintes dans les cycles.
valeurs + courbes Clayden p455, explication des évolutions avec les tensions
de cycles. Schéma cycles avec angles + modèles moléculaires. Clayden p455
• Effet des substituants, en position équatoriale. Ex acétalisation Clayden p1138.
Formation O,O-acétal
2. Avec des ylures
Introduction ylures de S en comparaison avec ceux de P, ex Clayden p1259.
Présentation des 2 types d'ylures de S Clayden p1258. Mécanisme, cas particulier des
cétones α,β-insaturées+ explications Clayden Exemple ICO p609
2. Aspect cinétique
à quelle vitesse se produit la réaction Δ≠G°=Δ≠H°-TΔ≠S°
• Vitesse relative de formation de cycle. Clayden p1135. Pour Δ≠H°
raisonnement similaire à celui concernant ΔrH°. Compétition entre Δ≠H° et
Δ≠S°. explication et courbes Lehn p8 + Clayden p1136.
• Effet des substituants. Effet Thorpe Ingold. Exemple Clayden p1138
2. Métathèse
Entre autre la RCM (Ring Closing Metathesis) Mécanisme Rabasso T2
I.
II. Formation de cycles communs
1. Acétalisation
Problème de régiosélectivité, nécessité de protection. Clayden p632
Mécanisme et avantages Clayden p345 mais réaction équilibrée, Dean-Stark
Exemple de transacétalisation ICO p431
2. Condensation de Claisen intramoléculaire
bilan, mécanisme, exemple synthèse d'un hétérocyle Clayden p727
Nécessité de hautes dilution.
3. Diels-Alder
Clayden p1226 On reprend la réaction de DA → cyclopentadiène et acrylate de benzyle,
IV. Formation de grands cycles et de macrocycles
1. Macrolactonisation
présents dans de nombreuses molécules pharmaceutiques, naturelles, arômes. Lehn p117
Exemple synthèse ICO p671 effet césium Lehn p122
Conclusion
Ouverture sur les cycloadditons ou sur les macrocycles en biologie (porphyrine,
hémoglobine)
LO 26 – Les alcynes
Niveau : L3
PR : Notions de spectroscopie IR et RMN, réactivité des alcènes (dihalogénation,
hydroboration, hydratation, hydrogénation), chimie orga de base (E, SN)
Biblio: Vollhardt, ICO, Bruckner, Arzallier T2, Kurti, Weissermel
Introduction
Définition alcyne, liaison triple CC, représentation. Distinction alcyne vrais et alcynes
internes (disubstitués). Exemples en donnant leur nomenclature. Vollhardt p 561
Rare dans la nature, ex Vollhardt p585
I.
Présentation des alcynes
1. Structure et propriétés
alcynes peu polaires, Teb proche de ceux des alcènes, éthyne se sublime
géométrie → 1 liaison sigma, 2 pi qui sont perpendiculaires (dessin orbitales)
énergies de dissociation des liaisons, longueur de liaison (comparaison ac alcane/alcène)
→ contenu énergétique important Azarllier p177
Electronégativité comparées des carbones tétra, tri ou digonaux. Arzallier p.179
Energie des orbitales π et π* diminuent par rapport à celle des alcènes. Comparer le
diagramme d’OM de l’éthylène et de l’acétylène (π et π* abaissées...)
spectroscopie : RMN (1,7 à 3,1 ppm pour 1H et 65-95 en 13Cet couplage à longue
distance), IR (3260-3300 cm-1 pour C-H et 2100-2260 cm-1 pour CC mais peu marquée)
2. Synthèse
en industrie : ex de l'acétylène. Bilan : procédé à partir du carbure de calcium
Weissermel p97 + dangers mais intérêt ICO p262
au labo : par double élimination E2, pour alcènes terminaux il faut 3 eq de base forte
→ exemple Vollhardt p570
3. Réactivité générale
liaison triple → forte densité électronique : nucléophilie, électrophilie Azarllier p 179
acidité H terminaux → comparaison alcène/alcane, schéma récapitulatif Azarllier p181
II. Réactivité commune aux alcènes
1. Hydrogénation catalytique
rappel bilan pour les alcènes ICOp189 mais pour alcynes peut-on s'arrêter à l'alcène ?
Si même conditions → hydrogénation totale (ex ICO p264)
On doit donc modifier le catalyseur → Lindlar, donner composition
bilan, mécanisme (Bruckner p536) ex ICO p264, Vollhardt p573
alcyne hydrogénés préférentiellement car s'adsorbent de manière plus importante
→ diastéréosélectivité : conduit majoritairement à l'alcène Z
2. Addition électrophile
forte densité électronique → la liaison triple peut-être attaquée par des électrophiles.
1. Dihalogénation
bilan Vollhardt p577, méca et stéréochimie Azarllier p182 double addition possible
2. Hydratation
analogie avec alcènes, l'eau peut attaquer la triple liaison mais catalyse avec du Hg(II)
bilan Vollhardt p579, méca ICO, régiosélectivité
3. Hydroboration
boranes réagissent avec des alcynes mais moins vite qu'avec des alcènes. Additions
multiples que l'on maîtrise par utilisation de gros boranes. Bilan, même méca que
alcènes, régiosélectivité → tableau ICO p268
intérêt : traitement à H202 → hydratation anti-Markovnikov
Comparaison avec hydratation : hydratation => cétone, hydroboration => aldéhyde
III. Réactivité propre aux alcynes
1. Réduction par les métaux dissous
comment obtenir le E ? Bilan. Méca, justification avec pKa. ex Vollhardt p574
Réactivité spécifique car triple CC + électrophile que double CC. Brückner p.542
2. Réactivité des alcynes vrais
Formation d'organométalliques. Exemples de bases. Préparation et emploi de quelques
alcynures. ICO p.277 + Arzallier p.277 => substitutions et additions nucléophiles
3. Couplage
(si temps, sinon conclu)
Couplage historique : celui de Glaser ICO p283, mais aussi Sonogashira (PN en 2010) :
bilan (avoir cycle catalytique sous la main pour questions!)
Conclusion
(discuter en montrant le transp soleil) Une bonne partie des réactions occasionnées par
les alcynes ne sont qu'une extrapolation de ce que l'on sait déjà à propos des alcènes. Les
réactions d'additions se déroulent dans des conditions très ressemblantes, obéissant aux
mêmes règles régio- et stéréochimiques. Mais triple liaison confère une réactivité
particulière, l'acidité du H terminal conduit à formation de liaisons CC, ce qui intéresse
toujours les chimistes. autres réactions : DA, métathèse mais aussi click chemistry.
LO 27 – Organomagnésiens mixtes
Niveau : L1
PR : nucléophile/électrophile, A/B de Lewis et Bronsted, SN, stéréochimie,
Biblio : Tout en un PCSI, TD, Fuxa, ICO
Introduction
Les organomagnésiens font partie des dérivés organométalliques dont la structure
comporte une liaison carbone métal. Les organomagnésiens mixtes ont la formule
schématique R-Mg-X où R représente un groupe hydrocarboné et X un halogène.
Ces dérivés ont été découverts par le chimiste français Victor Grignard et sont encore
souvent appelés « réactifs de Grignard ». Les organomagnésiens sont exclusivement des
intermédiaires de synthèse. Ils permettent une très grande variétés de synthèses
intéressantes en particulier la création de liaisons C-C. Mais pour comprendre leur
réactivité, nous allons commencer étudier leur structure et les propriéts qui en découlent.
I.
Généralités
1. Structure et nomenclature
Structure : Ce sont des composés organométalliques, liaison C-M. Polarisation de la
liaison, électronégativité. Ils présentent deux structures : symétrique ou mixte.
Nomenclature : Les RMgX sont nommés halogénures d'alkylmagnésium si R=alkyl (ex)
R-Mg-R' sont des alkyl-alkyl'magnésium
2. Réactivité
donner électronégativité C et Mg, charge partielle – sur C → inversion de polarité
réactivité en tant que base de Bronsted et nucléophile, mais lacunes sur Mg donc il a
aussi des propriétés d'acide de Lewis, possibilité de formation d’adduit de Lewis avec un
donneur de doublet électronique : solvant HP p239 schéma adduit de Lewis avec THF
T: RMgX n'existent pas naturellement, il faut les synthétiser.
II. Synthèse des organomagnésiens
1. Conditions opératoires
équation bilan avec solvant, réaction exothermique, solvants couramment employés.
schéma du montage (expliquer protocole en même temps), précautions à prendre
base forte → pas de traces d'eau (équation réaction), solvant anhydre (éther ou THF)
réaction avec O2 et CO2 → atmosphère inerte
réaction exothermique → bain de glace à côté
donner protocole, comment on voit que la réaction démarre et quoi faire si c'est pas le
cas → ajout lent de RX et Mg en excès car couplage de Wurtz, équation bilan
2. Cas particuliers
On évoque aromatiques et vinylique (T&D)
THF + complexant et Teb + haute : on peut chauffer !
III. Réactivité en tant que base de Bronsted
1. Hydrolyse
pKa ~ 50, ex ICO p509 , sur l'eau, destruction RMgX d'où solvant anhydre
2. Applications
- formation d'organomagnésien acétylénique → ne peuvent pas être préparés autrement
- comme pas isolable, le seul moyen de connaître la qté que l'on a est de doser Fuxa
T: RMgX permettent de créer des liaisons C-C grâce à leur propriété électrophile
IV. Réactivité en tant qu'électrophile
1. Addition nucléophile
1. sur les carbonyles
présenter brièvement carbonyle sur cétone et aldéhyde, équation bilan, mécanisme,
discussion (vitesse de réaction, mélange racémique), une addition
sur dérivés d'acide : bilan, mécanisme, discussion, deux additions
2. sur le dioxyde de carbone
bilan, mécanisme
3. sur les nitriles
bilan, mécanisme, imine puis cétone, on a une addition → bon moyen de former cétone
2.
Substitution nucléophile
1. sur les dérivés halogénés
couplage de Wurtz, ex de bilan, mécanisme
→ peut être intéressant pour former alcanes à chaînes longues
2. sur les époxydes
Bilan, méca sur époxyde asymétrique , régiosélectivité T&D, stéréospécificité. Exemple
Penser à dire + énantiomères Intérêt: synthèse d'alcools avec gain de 2C.
Conclusion
Bilan sur transparent en forme de soleil
Grand intérêt en synthèse car permet de former des liaisons C-C. Mais ce ne sont pas les
seuls organomagnésiens qui existent et qui sont utilisés.
LO 28 – Détermination de structures en chimie organique
Niveau : L2
PR : UV-visible, fonctions chimiques, effets inductifs/mésomères, notions de spectro
Biblio : Rouessac, Silverstein, HP, Frajman
Introduction
Lors des synthèses multi-étapes, les chimistes cherchent à caractériser les produits au fur
et à mesure de leur formation afin de conduire au mieux leur synthèse. Il existe des
techniques de caractérisation des composés comme la spectroscopie UV-visible déjà
étudiée auparavant qui détermine les transitions électroniques au sein d’une molécule
mais ne donne pas vraiment sa structure. Dans ce cours nous allons raisonner sur le fait
qu’une molécule est composée de plusieurs noyaux qui interagissent différemment selon
l’environnement chimique. Deux nouvelles spectroscopies vont être introduites ici : l’IR
qui va permettre de déduire les fonctions chimiques présentes et la RMN qui va
permettre de déduire leur enchaînement.
I.
Principes des spectroscopies
1. IR
IR basée sur intéraction lumière/matière, domaine IR (odg fréquence et énergie)
si on irradie liaison non symétrique avec fréquence = fqce vibration → résonance
spectroscopie d’absbortion, transitions entre niveaux vibrationnels/rotationnels.
→ IR permet l’étude de la vibration des liaisons.
Modélisation oscillateur harmonique (ressort entre deux masses). Loi de Hooke, k est
liée à l’indice de liaison.
Schéma du principe spectromètre HP p468 et exemple de spectre, nombres d’ondes
caractéristiques pour certaines fonctions HP p473
2. RMN
spectroscopie d’absorption entre états de spins. Notion spin nucléaire, condtions pour
RMN, interaction avec champ B (effet Zeeman)
principe : transition entre 2 niveaux α et β (schéma HP p479), fréquence de résonance
(Larmor), odg, rapport gyromagnétique et ses caractéristiques.
Fonctionnement de l’appareil : on envoie un pulse qui va exciter toute la gamme, schéma
impulsion relaxation (précession), et on regarde la réponse temporelle (FT),
l’échantillon s’est excité par résonnance.
Déplacement chimique, expression, blindé, déblindé
II. Effets particuliers sur les spectres IR et RMN
1. Déplacement de la bande C=O en IR
loi de Hooke, comparaison force de liaison avec formes mésomères + EN du
groupement donneur, axe en σ HP p474
2. Présence de liaison C=C
IR : valeurs σ pour E et Z
RMN : valeurs couplages pour H alcènes HP p492
cas des aromatiques, cône de blindage Silverstein p175 on l'a aussi pour alcynes et
carbonyles
III. Détermination de la structure d'un composé organique
1. Méthode
reprendre celle du HP p497
2. Application
exercice corrigé 2 Frajman p55
Conclusion
Dans cette leçon, nous avons vu de nouvelles méthodes expérimentales permettant de
déterminer la structure des composés organiques. Notons que cette pratique est effectuée
à chaque étape de la synthèse organique afin de vérifier la validité des molécules
intermédiaires obtenues avec la régiosélectivité souhaitée. Vérifie aussi la
stéréosélectivité. Sert aussi pour valider la pureté des composés !
LO 29 - Hydrocarbures aromatiques
Niveau : PC
Prérequis : RMN, Nucléophilie, Contrôle cinétique, postulat de Hammond,
nomenclature
Bibio : ICO, Vollhardt, Tec&Doc Pc-Pc* violet, Carey (anglais) , Lalande, Frajman
Introduction
origine du nom aromatique, découverte par Faraday, différentes structures dont celle de
Kékulé
I.
Aromaticité
1. Structure et stabilité du benzène
Données expérimentales : RX, longueur liaisons, angles
stabilité : diagramme enthalpie standard molaire d'hydrogénation Frajman
2. Critère d'aromaticité
L'aromaticité correspond à un ensemble de propriétés structurales, spectroscopiques et
chimiques.
Règle de Hückel + extension cycles accolés, exemples T&D
3. Propriétés spectroscopiques
UV : bande caractéristique à 254 nm → CCM
RMN : définition des zones aromatiques en 1H et 13C, exemple de l'annulène pour le
blindage des H à l'intérieur du cycle.
4. Réactivité
résiste à oxydation et réduction (exemples de conditions drastiques)
Forte densité électronique → nucléophiles, mais substitutions sinon on perd aromaticité
et donc stabilisation
II. Substitutions électrophiles aromatiques (SEAr)
1. Principe
mécanisme général, différentes réactions envisageables (schéma sur transp sans indiquer
les réactifs) Lalande p180
Contrôle cinétique ou thermodynamique, mais souvent étapes non renversables, donc
contrôle cinétique
2. Nitration et halogénation
commentaire : attention mécanismes hors programme
faits expérimentaux, bilan
3.
Réaction de Friedel Craft
1. Alkylation
mécanisme, bilan et limites
2.
mécanisme et bilan
Acylation
III. Polysubstitutions – régiosélectivité
1. Résultats expérimentaux
Position du problème : nom des différentes positions à partir du toluène
Régiosélectivité : positions privilégiées par rapport à d'autres : ex ICO 2p303
Groupement activant/désactivant
2.
Interprétations
3. Règles de Holleman
Tableau T&D p426 cas de composés polysubstitués
Synthèse Vollhardt p708
Mais problème de régiosélectivité. Il faudrait protéger la position non voulue et pouvoir
la libérer facilement → utilisation de SO3
Conclusion
Fonctionnaliser les aromatiques, ouverture sur l'industrie
LO 30 – Stéréosélectivité
Niveau: L3
PR : contrôle cinétique/thermo, réaction de DA (règle endo, régiosélectivité), réduction
carbonyle/condensation aldolique, contrôle orbitalaire et schéma d'orbitale, stéréochimie
Biblio : Clayden, ICO, OCP 96, Vollhardt 4e ed
Introduction
Il est très important de comprendre la réactivité des composés utilisés afin d’obtenir le
produit souhaité. Stéréochimie d’une molécule est très importante car 2 énantiomères
peuvent avoir des conséquences très différentes sur l'homme ex thalidomide ICO p85
Vous savez déjà qu'il est fastidieux de séparer des énantiomères, et dans l'optique d'une
chimie verte on cherche souvent à synthétiser directement un seul des énantiomères ou
diastéréisomères pour limiter le nombre d'étapes, ie qu'on cherche à être sélectif. Dans
cette leçon on se placera sous contrôle cinétique.
I.
Définitions
1. Stéréosélectivités
Déf sélectivité (ICO p139) → plusieurs types mais on regardera que la stéréosélectivité :
déf (énantio et diastéréo) ICO p140 ex de réaction diastéréosélective, énantiosélective
Donner def de spécificité et dire que ça implique stéréosélectivité mais pas inverse.
2.
Notion d'excès
1. Excès diastéréoisomérique
On cherche donc à quantifier la pureté du mélange obtenu : ed, déf ICO p86
Calcul d’e.d : On sait séparer des dia parce qu'ils ont des propriétés physico-chimiques
que l’on peut quantifier, et donc calculer l’e.d.
2. Excès énantiomérique
Même chose qu'avant mais avec énantiomères. On introduit alors l’ee. Déf ICO p86
séparation énantiomères dificile car mêmes propriétés physiques mais ils ont des
propriétés chimiques ≠ vis-à-vis de substrats chiraux uniquement. Clayden p1230
Calcul de l’e.e :
• avec polarimètre : les 2 énantiomères ont pouvoir rotatoire spécifique ≠
• les transformer en dia avec molécule chirale énantiopure
II. Diastéréosélectivité
1. Diels-Alder
PN en 1950, réaction sous contrôle cinétique et orbitalaire, asynchrone et concertée
bilan ICO p246 /!\ dessiner tous les dia Modèle moléculaire
Règle de l’endo et régiosélectivité supposées connues, on forme favorablement un
couple d’énantiomères par rapport à l'autre : réaction diastéréosélective (spécifique)
2. Réduction par un hydrure
sur l'exemple du camphre ICO p583
Stéréosélectivité : angle de Bürgi-Dunitz environ 109° :explication orbitalaire (ICO
p583) Modèle moléculaire. Comparaison camphre et norbornanone
3. Condensation aldolique
Clayden p898 , ICO p630 bilan et exemple ICO p630
En général énolate E → aldol anti et énolate Z → aldol syn.
Comment expliquer ces faits expérimentaux ? → Modèle de Zimmermann Traxler
Attention à bien dessiner tous les ET !!
On forme préférentiellement un couple de dia: il y a diastéréosélectivité.
Diastéréospécificité car influence de la stéréochimie de l’énolate de départ.
III. Enantiosélectivité
1. Utilisation de catalyseurs chiraux
Housecroft, OCP 96 Pour la synthèse de médicament il peut être très important de
maîtriser la stéréochimie du produit, étape clef = hydrogénation catalytique (OCP p82)
Pour cela → catalyseur avec ligand chiral, DIPMAMP sur un complexe de Rhodium.
On a du mal à être énantiosélectif mais la nature le fait très bien.
→ Saponification d’un ester catalysée par la lipase P-30 ICO p690
2. Utilisation d'une copule chirale
Clayden p1226 On reprend la réaction de DA → cyclopentadiène et acrylate de benzyle,
le produit de réaction est nécessairement racémique puisque réactifs sont achiraux
Si on remplace le benzyle achiral par un amide de la valine → on a un seul énantiomère
L’auxiliaire de chiralité est énantiomériquement pur → influence sur la réaction.
le produit est diastéréisomériquement et énantiomériquement pur.
Stratégie de synthèse avec auxiliaire chiral, avantages et inconvénients Clayden p1243
Conclusion
On a vu dans cette leçon différentes réactions stéréosélectives utilisant des méthodes
différentes : auxiliaire chiral, catalyseur chiral. Ce sont des réactions très appréciées, que
ce soit en laboratoire ou en industrie, car elles permettent d’obtenir directement le
produit souhaité sans purifications ultérieures, ce qui suit un des 12 principes de la
chimie verte. Le développement de réactions stéréosélectives a même conduit à des PN
(Sharpless en 2001 ex Clayden p1240) et il est certain que de grandes avancées en terme
de synthèse asymétrique seront faites dans les prochaines décennies.
LO 31 – Réactions péricycliques
Niveau : L3
PR : OM et théorie OF, sélectivité, réactions de L1 L2, polyènes et formules de Coulson
Biblio : Chaquin, NTA blanc, Carey, Clayden
Introduction
On a déjà vu des réactions basées sur des réactions ioniques ou radicalaires. La grande
majorité de ces réactivités sont causées par la présence d'hétéroatomes aux propriétés
différentes de celles du C. Sauf pour une réaction que vous connaissez déjà, la réaction
de Diels Alder (exemple avec rendement du Vollhardt). Il s'agit d'une réaction
péricyclique (définition du Chaquin). On étudiera ces réactions en contrôle cinétique,
pour lequel le contrôle orbitalaire et majoritaire devant le contrôle de charge, d'où
l'intérêt particulier que l'on donnera à leurs orbitales. En 1965 messieurs Woodward et
Hoffmann ont posé des règles sur les mécanismes de 3 types de réactions péricycliques:
cycloaddition, électrocyclisation et transposition sigmatropique, ce qui leur valu un PN
I.
Modélisation des réactions péricycliques
1. Observations expérimentales
Ex Carey p291(cycloadditions et transposition) et Clayden p962 (cyclisation Nazarov).
Pire, les conditions expérimentales semblent avoir une influence (Nazarov avec
hv/benzène). Pourtant, pas d’autres réactifs… On remarque aussi qu’il y a toujours un
système pi conjugué dans la partie de la molécule concernée.
Cylisation à 4 e- sans éclairage ne marche pas
2. Descriptions des réactions
Sur les exemples précédents on décrit :
• Le nombre de liaison sigma et pi algébriquement formé.
Δσ= 2 cycloaddition, Δσ= 0 transposition sigmatropique, Δσ= ±1 réaction
électrocyclique Clayden p956
• Le nombre d’électrons dans le système conjugué mis en jeu
• Nomenclature Clayden
T: premier modèle qui met en jeu les OM : Woodward et Hoffman
3. Diagrammes de corrélation d'OM
Chaquin p133 domaine de validité, conservation symétrie OM, méthode construction
(sur transparent à projeter pendant la construction)
ex électrocyclisation cis-butadiène : bilan, nombre électrons pi.
Méca disrotatoire/conrotatoire, élmts de sym conservés, sym OM Modèle moléculaire.
disrotatoire : l’état fondamental (EF) corrélé à l’état doublement excité
réaction interdite thermodynamiquement, mais autorisé pour l'état excité : photochimie
Disrotatoire de l’hexatriène en flexcam.
→ Généralisation des règles de Woodward Hoffman pour l’électrocyclisation
Et pour la cycloaddition ? Transparent DA Chaquin p154
Suivant l’approche, on a aussi un élément de symétrie conservé, et c’est concerté, on
peut appliquer WH pour résultats sur l’approche des réactifs.
→ Tableau des approches suivant le nombre d’électrons et la voie.
T: pour transpositions sigmatropiques, il n’y a conservation d’un élément de symétrique
que si [j,j] ce qui est rare : autre modèle, Dewar-Zimmermann
4. Modèle de Dewar-Zimmermann
domaine de validité, principe de la méthode, règle de Dewar-Zimmerman, on admet que
les ET antiaromatiques sont permis photochimiquement (pas forcément observées).
Exemple sur le cyclobutadiène
Et pour les transpositions sigmatropiques ? Ex transposition [1,3] d’un groupement R
Interaction suprafaciale et antarafaciale. Chaquin p165
→ Tableau bilan NTA p184
II. Résultats et applications
1. Régiosélectivité
transpositions : préfère s-s aux s-a et a-s. Ex exp avec C marqués NTA p192
cycloadditions : meilleur recouvrement impose régiosélectivité. On peut quand même
influer dessus. Catalyse par les acides de Lewis ICO p246 Calcul sur Hulis.
2. Stéréosélectivité
Synthèse de l’acide endiandrique : 1 étape et diastéréosélectivement.
Pas conrotatoire/disrotatoire/DA endo. règle endo mais catalyse par acides de Lewis
transposition : diastéréosélectivité NTA 3c p191
cyclisation hétéroaromatique exo 15 NTA p186. transposition et électrocyclisation
3. Applications en chimie organique
Synthèse de la vitamine D Clayden p956 ou phéromone de cafard Clayden p964
Conclusion
En général, même si on s’en sert parfois, on ne souhaite pas les réactions péricycliques
qui sont souvent des réactions parasites apparaissant dans des conditions d’éclairement
ou de température.
LO 32 - Composés organophosphorés
Niveau : L3
PR : chimie des amines
Biblio : Rabasso hétéroéléments, Emsley the elements, Bruckner, Clayden, Astruc, ICO
Introduction
Quin p2 La chimie du phosphore est a priori peu connue mais très vaste. On rencontre
beaucoup cet élément dans les engrais sous forme de phosphite/phosphate c’est-à-dire
des composés inorganiques (P lié à des hétéroatomes). Nous on va s’intéresser au P au
sein de composés organiques. Définition organophosphoré (parallèle avec
organométallique : présence d’une liaison C-P. Ce sont aussi des composés très utilisés
en chimie. Exemples sur transparent (labo : catalyseur BINAP Quin p75), ou à plus
grande échelle domaine médecine Quin p364 antihypertension ou herbicide Quin p372.
Objectif : comprendre l’intérêt qu’on porte à ses composés en étudiant leurs propriétés et
réactivité
I. Les composés organophosphorés
1. Le phosphore
configuration électronique, formule de Lewis avec hypervalence possible
Propriété intrinsèque du 31P : spin ½, abondance 100% → très pratique pour analyse des
composés organiques ayant P, RMN fonctionne comme pour H ! couplages entre H et P
T: cette spectroscopie permet de classer les différents composés du P entre eux. Axes en
ppm de RMN Quin p.174 + nomenclature des composés Rabasso p.22
•
•
•
•
2. Propriétés physico-chimiques des composés organophosphorés
électronégativité P, N et C à comparer → liaisons polarisées, charges partielles,
donner énergie liaisons
nombreux états d'oxydations Rabasso p23 avec nomenclature, P facilement
oxydable car oxophile (énergie liaison P-O et P=O) application aux feux follets
(cf ICO p488)
chiralité : comparaison avec N lorsque trisubstitué Rabasso
doublet sur le P du phosphore
➢ nucléophilie : comparaison avec N (raisons cf ICO p480)
➢ A/B : base de Lewis (utile en catalyse) et Bronsted pKa Rabasso
en fait on regarde plutôt l'acidité du H sur le C en α (pKa Rabasso
partie Wittig)
T: On connaît mieux propriétés des composés du P, comment les utiliser en synthèse ?
II. Réactivité intrinsèque au phosphore
1. En tant que base de Lewis
Catalyseur de Wilkinson, exemple ICO p189 Méca : cycle Astruc p354 + OCP 6 p54
Labilité du ligand
stéréosélectivité possible avec des ligands plus élaborés ex L-DOPA Astruc p357
2.
Nucléophilie et électrophilie du P
1. Halogénation de Mukaiyama
rappel PCl3 + 3ROH → 3RCl + P(OH)3 mais pas stéréosélectif, autre manière de faire
bilan, mécanisme Bruckner p75, exemples (ICO p400 chapitre alcool)
On voit que l'ee est remarquable, il y a inversion de configuration mais /!\ configuration
absolue ne change que si la priorité CIP change
il faut être clair et précis sur le mécanisme
2. Estérification de Mitsunobu
bilan, mécanisme Bruckner p74
Inversion de configuration, application en synthèse totale pour avoir bonne sélectivité et
éviter de jeter produit qui a mauvaise sélectivité. ICO p406
Inversion de configuration d'alcool après saponification. Ex ICO p.406 + Carey p.135
On peut également former des thiols Rabasso p34
3. Réduction de Staudinger
/!\ la réaction a proprement parler s'arrête à l'iminophosphorane, bilan, on montre que
c'est réduction, mécanisme Kurti p428 souvent on met de l'eau pour aller jusqu'à l'amine
III. Influence du phosphore sur la réactivité en α
1. Réaction de Wittig
1. Formation de C=C
déf ylure, Synthèse par Arbusov, méca
Bilan Wittig ICO p616 + méca.
2. Différents types d'ylures
Discussion ylure non stabilisé ou stabilisé
 Ylures non stabilisés à l’alcène (Z) : contrôle cinétique, irréversibilité de la
formation de l’oxaphosphétane, produit cinétique le plus rapidement formé.
Clayden p 817
 ylures stabilisés mènent au produit (E) (réversibilité de la formation de
l’oxaphosphétane)
Synthèse bombykol grâce à Wittig. Clayden p818
 Modification de Schlösser
Bilan Kürti p 489 (attention connaître méca, ou le préparer sur transp)
Présence de sels lithiés. Obtention de l’alcène (E) indépendamment de la stabilité de
l’ylure. Dérive stéréochimique.
2. Réactions de Horner-Wadsworth-Emmons
Introduction phosphonates qui sont ici utilisés.
 Synthèse de phosphonates
Réaction d’Arbuzov. Bilan + méca.
 HWE
Bilan ICO p619. Méca non connu.
Avantages de cette réaction : élimination phosphite par un simple lavage à l’eau.
Modification de Still et Genari
éther couronne qui va piéger le cation. Bilan ICO p620. Méca pas bien connu
CF3 change la sélectivite , utilisation d’un éther couronne qui évite la réouverture
de l’oxaphosphétane, en faveur du produit Z
Faire un tableau récapitulatif sur la création de liaisons C=C en insistant sur les
différences
Conclusion
Schéma bilan + ouverture sur d'autres ylures possible avec le soufre.
LO 33 – Biomolécules : peptides, synthèse et structure
Niveau : L3
PR : acide aminé, forces intermoléculaires, groupes protecteurs, RMN
Biblio : Vollhardt, OCP, Berg, Weil
Introduction
Nous avons vu qu’était un acide aminé mais ce dernier n’est juste qu’une brique
élémentaire d’un ensemble plus complexe, les peptides et les protéines qui sont des
polymères d’aa. Que ce soit les peptides ou les protéines, ils jouent des rôles
indispensables dans les organismes vivants, rôles qui peuvent être très différents, ex des
enzymes qui permettent de catalyser des réactions chimiques de complexité variable. Un
exemple de protéine importante est l’hémoglobine qui permet le transport de l’oxygène
dans l’organisme. Nous allons nous intéresser aux peptides en général, à leur synthèse et
à la structure qui en découle.
I.
Les peptides
1. Les briques de base : les acides aminés
Vollhardt rappels structure acides aminés, les plus rencontrés sont les 2-aminoacides ou
α-aminoacides, à pH physiologique → zwittérions
rappels représentation de Fischer, configuration D et L, tous les aa sont S sauf glycine
Introduire la nomenclature associée aux aa, à 3 et 1 lettres, exemples
2. La liaison peptidique
Bilan couplage peptidique (bien faire ressortir la liaison peptidique)
caractère coplanaire de la liaison → formes mésomères Vollhardt p1204.
Isomérie cis-trans possible mais trans largement majoritaire (minimisation de la
répulsion des chaînes latérales) sauf pour la proline. S’inspirer du schéma Weil p32,
dessiner les deux isomères possibles et la proline.
3. Définitions et conventions
terminologie 2 aa = dipeptide, 3 aa = tripeptide et ainsi de suite Vollhardt p1204.
Oligopeptides, polypeptide, protéine Berg p35.
Convention : représentation peptide de N-term vers C-term, ordre important Berg p35
Ex aspartame : structure + code à 3 lettres Vollhardt p1205.
liaison peptidique peut aussi de faire sur chaîne latérale. Ex. glutathion Berg p701.
II. Synthèse de peptides
1. Problématique
création liaison amide on sait faire, mais sélectivité ! Ex avec Gly et Ala → mélange di-,
tri- et autres peptides Vollhardt p1216, nécessaire protéger avec clivage ≠ (exemple)
2. Synthèse de l'aspartame
Adapter synthèse Vollhardt p1217 à celle de l’aspartame : estérification phénylalanine,
protection amine, couplage avec DCC (mécanisme), déprotection fonction amine
3. Synthèse sur support solide
procédé Merrifield PN en 1984, procédé initial développé de synthèse sur support solide
automatisé. principe avec ses différentes espèces, intérêts
III. Structure des peptides
1. Stucture primaire
structure la + simple, correspond à la séquence des aa du N-term au C-term.
2. Structure tridimensionnelle
• secondaire
→ feuillet β : schéma Vollhardt p1208, liaisons-H, plans ont entre eux angle précis
→ hélice-α : liaisons-H en intramoléculaire, schéma Vollhardt p1209, valeur du pas
→ possible qu’il n’y ait pas de structure secondaire : pelote statistique
• tertiaire
structure d’ensemble pouvant présenter plusieurs domaines d’hélice α ou feuillet β
→ due à répartition des groupes latéraux selon l’environnement de la protéine
→ ponts disulfures entrainant une stabilisation de la structure et auront un rôle important
dans la structure tridimensionnelle. Ex insuline bovine Vollhardt p1206.
• Quaternaire
exemple hémoglobine, Structure Berg p186
•
•
3. Détermination de stucture
primaire : méthode de dégradation d’Edman (ou méthode séquentielle
Vollhardt p1213 3e étape) appliquée à l'insuline
secondaire : DRX (phase solide), RMN (liquide) mesure de distances entre
atomes à l’aide de couplage dipolaire à travers l’espace, avoir en tête les
différents techniques RMN !
Conclusion
Cependant la synthèse proposée est non exhaustive, il existe d’autres conditions de
protection et déprotection des groupements N-term et C-term orthogonaux.
intérêt et le rôle essentiel des protéines dans notre organisme, un aspect également très
important est la sélectivité, par exemple pour les odeurs, car les récepteurs olfactifs sont
des protéines présentant une certaine chiralité et seront donc très sélectives. Mais elles
seront également très sélectives vis-à-vis de réactions et de substrats et permettront la
catalyse de réactions et donc les accélérer avec parfois un facteur de plusieurs millions.

Fiche Technique Icône

Transformations en chimie organique 1

L`énergie interne & le premier principe Liste des exercices

Presentation brochure - IBITEK

Document 5410234

1 - Hebergratuit.net

« Vers une chimie doublement verte »

L1- BGC - Bienvenue sur le site du L1

MP 2014

Liste des candidats présélectionnés par Formation doctorale

3. Les alcènes et alcynes