Acides carboxyliques et dérivés

Chimie organique II
© Thierry Ollevier
CHM-2000
2. Synthèse des dérivés d'acides
☞
2.1. Synthèse des carboxylates
2.2. Synthèse des chlorures d'acides
2.3. Synthèse des anhydrides d'acides
2.4. Synthèse des esters
2.5. Synthèse des amides
2.6. Réduction des acides carboxyliques et dérivés
2.1. Synthèse des carboxylates
O
O
H
C
R
O
+
NaOH
C
!
O
R
+
H 2O
+
H2
Na
O
C
+
NaH
+
LiAlH 4
+
H2
+
CH3MgBr
+
CH4
+
CH3Li
+
CH4
derivesacides-41 2016-01-12 18:57
!
!
R
O
Na
Chimie organique II
© Thierry Ollevier
CHM-2000
2. Synthèse des dérivés d'acides
2.1. Synthèse des carboxylates
2.2. Synthèse des chlorures d'acides
2.3. Synthèse des anhydrides d'acides
2.4. Synthèse des esters
2.5. Synthèse des amides
2.6. Réduction des acides carboxyliques et dérivés
☞
2.2. Synthèse des chlorures d'acides
O
O
C
H
C
R
!
R
O
X
X = halogène
(généralement Cl)
Réactifs
O
O
Cl
S
Cl
PCl 3
PCl 5
trichlorure
de phosphore
pentachlorure
de phosphore
Cl
Cl
O
chlorure
de thionyle
chlorure
d'oxalyle
Mécanisme
C
R
Cl
HO
Addition
O
O
Activation
OH
C
R
derivesacides-42 2016-01-12 18:58
L
R
Cl
C
L
O
Élimination
-L
C
R
Cl
Chimie organique II
© Thierry Ollevier
CHM-2000
2.2. Synthèse des chlorures d'acides (suite)
Avec tous les réactifs mentionnés, il faut au préalable activer l'acide
carboxylique en un intermédiaire plus réactif (RCOL). Après une réaction
d'addition d'un ion Cl- conduisant à un intermédiaire tétraédrique, il y a
ensuite l'élimination du groupe sortant L.
O
H
C
R
O
+
Cl
Mécanisme
derivesacides-43 2016-01-12 18:58
O
O
S
C
Cl
chlorure
de thionyle
!
R
Cl
+ SO2 + HCl
Chimie organique II
© Thierry Ollevier
CHM-2000
2.2. Synthèse des chlorures d'acides (suite)
O
O
H
C
R
+
O
O
Cl
C
Cl
+ CO2 + HCl
Cl
+ CO
R
!
O
chlorure
d'oxalyle
Mécanisme
O
O
R
activation
H + Cl
C
O
O
Cl
Cl
R
R
O
O
O
Cl
addition
O
Cl
C
R
O
H
Cl
H
O
C
Cl
C
O
O
O
O
Cl
O
H
O
élimination
O
O
O
H
C
R
+
Cl
H
Cl
O
O
derivesacides-44 2016-03-09 16:27
C
O
C
O
Cl
Chimie organique II
© Thierry Ollevier
CHM-2000
2.2. Synthèse des chlorures d'acides (suite)
O
O
3
H
C
R
+
PCl 3
3
!
O
C
Cl
R
H 3PO 3
O
O
+
H
C
R
+
PCl 5
C
!
O
R
Cl
+ OPCl3 + HCl
Le mécanisme peut être déduit des cas précédents.
☞
Exercices
Écrire les mécanismes détaillés des réactions suivantes :
O
O
O
S
Cl
OH
acide butanoïque
Cl
85 %
O
chlorure de butanoyle
O
OH
derivesacides-45 2016-01-12 19:01
Cl
reflux
PCl 3
Cl
Chimie organique II
© Thierry Ollevier
CHM-2000
Problème 18.6 (S)
☞
Comment convertiriez-vous chacun des composés suivants en acide
benzoïque ?
b) bromobenzène
e) alcool benzylique
f) benzaldéhyde
O
Br
OH
☞
Problème 18.7 (S)
Comment prépareriez-vous les acides carboxyliques suivants via
un réactif de Grignard ?
a) acide phénylacétique
b) acide 2,2-diméthylpentanoïque
c) acide butén-3-oïque
d) acide 4-méthylbenzoïque
e) acide hexanoïque
☞
Problème 19.8.b (V)
Suggérez une voie de synthèse pour le dérivé suivant :
O
Cl
derivesacides-46 2016-01-12 19:00
H
Chimie organique II
© Thierry Ollevier
Solutions au problème 18.7 : voir CD-ROM
CHM-2000
(suite)
b) acide 2,2-diméthylpentanoïque
O
1) CO2
2) H +
OH
Br
MgBr Mg
Et 2O
c) acide butén-3-oïque
O
1) CO2
OH 2)
MgBr Mg
H+
Br
Et 2O
d) acide 4-méthylbenzoïque
O
1) CO2
2) H +
OH
Mg
MgBr
Et 2O
Br
e) acide hexanoïque
O
1) CO2
OH
MgBr
2) H +
Et 2O
Br
derivesacides-48 2016-01-12 19:00
Mg
Chimie organique II
© Thierry Ollevier
Solutions au problème 18.7 : voir CD-ROM
CHM-2000
(suite)
b) acide 2,2-diméthylpentanoïque
O
1) CO2
2) H +
OH
Br
MgBr Mg
Et 2O
c) acide butén-3-oïque
O
1) CO2
OH 2)
MgBr Mg
H+
Br
Et 2O
d) acide 4-méthylbenzoïque
O
1) CO2
2) H +
OH
Mg
MgBr
Et 2O
Br
e) acide hexanoïque
O
1) CO2
OH
MgBr
2) H +
Et 2O
Br
derivesacides-48 2016-01-12 19:00
Mg
Chimie organique II
© Thierry Ollevier
CHM-2000
Solution au problème 19.8.b (V)
O
O
OH
☞
SOCl2
Cl
Problèmes complémentaires
Suggérez des méthodes (en plusieurs étapes) qui permettent de réaliser les
transformations suivantes :
H
CHO
HO
COOH
C
a)
COOH
b)
c)
Br
COOH
OEt
OEt
derivesacides-49 2016-01-12 19:00
Chimie organique II
© Thierry Ollevier
CHM-2000
Solutions aux problèmes complémentaires
a)
CHO
HO
H
C
COOH
1) HCN
2) H 3O+
Br
b)
COOH
1) Mg
1) HBr
2) CO2
3) H 3O+
c)
Br
COOH
CN
KCN
H 3O+
- KBr
OEt
derivesacides-50 2016-01-12 18:59
SN 2
OEt
OEt
Chimie organique II
© Thierry Ollevier
CHM-2000
2. Synthèse des dérivés d'acides
☞
2.1. Synthèse des carboxylates
2.2. Synthèse des chlorures d'acides
2.3. Synthèse des anhydrides d'acides
2.4. Synthèse des esters
2.5. Synthèse des amides
2.6. Réduction des acides carboxyliques et dérivés
2.3. Synthèse des anhydrides d'acides
O
O
C
C
R
O
H
H
O
- H 2O
R'
O
O
C
C
R
O
R'
anhydrides d'acides
si R ≠ R', "anhydride mixte"
Réaction de déshydratation d'un acide
O
a) 2
Δ
C
R
> 100°C
OH
O
O
O
C
C
R
+
O
H 2O
R
O
OH
300°C
O
H 2O
+
OH
O
O
CO2H
300°C
O
O
CO2H
O
derivesacides-51 2016-01-12 18:59
+
H 2O
Chimie organique II
© Thierry Ollevier
CHM-2000
2.3. Synthèse des anhydrides d'acides (suite)
O
b)
2
P 2O5
C
OH
R
O
O
C
C
R
O
R
P 2O5 est un agent déshydratant qui réagit avec l'eau.
c) Réaction d'un acide carboxylique avec un chlorure d'acide en présence de
pyridine
N
O
+
C
R
OH
Cl
O
O
O
C
C
C
R'
R
H
N
-
O
O
Cl
!
O
O
pyridine
OH
O
Cl
derivesacides-52 2016-01-12 18:59
R'
O
Chimie organique II
© Thierry Ollevier
CHM-2000
2.3. Synthèse des anhydrides d'acides (suite)
d) Réaction d'un carboxylate avec un chlorure d'acide
O
+
C
O
R
O
O
O
C
C
C
Cl
R'
- NaCl
R
O
Na
!
O
O
O
1) NaH
OH
2)
O
Cl
Mécanisme pour les méthodes c) et d)
O
c)
O
C
C
Cl
R'
OH
R
O
d)
O
C
R
C
Cl
ONa
derivesacides-53 2016-01-12 18:58
R'
O
R'
Chimie organique II
© Thierry Ollevier
CHM-2000
2.3. Synthèse des anhydrides d'acides (suite)
Méthodes c) et d) applicables à la synthèse d'anhydrides mixtes
O
O
+
Cl
ONa
O
O
O
O
+
O
Cl
NaO
Problème complémentaire
☞
Suggérez deux voies de synthèse du composé suivant :
O
O
O
Solution
O
O
+
Cl
ou
NaO
O
O
+
ONa
derivesacides-54 2016-01-12 19:02
Cl
Chimie organique II
© Thierry Ollevier
CHM-2000
2. Synthèse des dérivés d'acides
2.1. Synthèse des carboxylates
2.2. Synthèse des chlorures d'acides
2.3. Synthèse des anhydrides d'acides
2.4. Synthèse des esters
2.5. Synthèse des amides
2.6. Réduction des acides carboxyliques et dérivés
☞
2.4. Synthèse des esters
2.4.1. Au départ des acides (estérification)
O
O
H
C
+
OH
R
R
!
acide
+ H 2O
C
R'OH
OR'
ester
alcool
La réaction est équilibrée ; la réaction inverse est la réaction d'hydrolyse
d'un ester.
O
O
H
OH
+
O
OH
acide
acétique
acétate
d'éthyle
éthanol
O
O
OH
acide
benzoïque
derivesacides-55 2016-01-12 19:02
H
+
OCH3
CH3OH
méthanol
benzoate
de méthyle
Chimie organique II
© Thierry Ollevier
CHM-2000
2.4. Synthèse des esters (suite)
O
O
H
C
R
+
OH
acide
C
R'OH
!
alcool
R
OR'
+ H 2O
ester
Les réactions d'estérification sont catalysées par des acides.
Les façons de déplacer l'équilibre vers la droite sont :
- mettre un des deux réactifs en excès
- utiliser un acide fort (H 2SO 4 ou HCl) comme catalyseur acide
- utiliser des conditions déshydratantes pour éliminer l'eau au fur et à
mesure qu'elle est formée
Mécanisme (estérification de Fisher)
derivesacides-56 2016-01-12 19:01
Chimie organique II
© Thierry Ollevier
CHM-2000
2.4. Synthèse des esters (suite)
L'utilisation de molécules marquées (CH318 OH) permet de confirmer
le mécanisme proposé.
O
O
H
C
Ph
+
OH
+ H 2O
C
CH318 OH
18 OCH
Ph
3
Version d'estérification intramoléculaire (quand la fonction acide
et la fonction alcool se trouvent dans la même molécule) :
formation d'une lactone (lactonisation)
O
H
OH
O
O
+ H 2O
!
OH
lactone
Le mécanisme est similaire à celui de la formation intermoléculaire
d'un ester.
O
O
H 2SO 4
HO
OH
O
Puisque la lactonisation est un processus réversible, la réaction inverse
est donc l'hydrolyse d'une lactone en hydroxy-acide.
derivesacides-57 2016-01-12 19:03
Chimie organique II
© Thierry Ollevier
CHM-2000
2.4. Synthèse des esters (suite)
Autres méthodes de synthèse d'un ester (le mécanisme peut toujours être
déduit en fonction de la théorie vue précédemment).
2.4.2. Au départ d'un chlorure d'acide
O
O
C
+
R
Cl
!
C
R'OH
R
OR'
Exemple
O
O
N
Cl
O
+
OH
2.4.3. Au départ d'un anhydride
O
O
C
C
R
O
O
O
+
R
+
C
R'OH
!
OR'
R
C
HO
R
Exemple
O
H 3C
O
O
O
+
CH3 Ph
OH
H 3C
+
derivesacides-58 2016-01-12 19:03
O
CH3CO2H
Ph
Chimie organique II
© Thierry Ollevier
CHM-2000
Si l'anhydride n'est pas symétrique :
O
O
C
C
R1
R2
O
O
O
+
+
C
ROH
!
R1
C
R2
HO
OR
et :
O
O
+
C
R1
OH
C
RO
Exemple
O
O
N
O
MeONa
HO
N
MeO
O
O
50 %
O
MeO
N
HO
O
50 %
derivesacides-59 2016-01-12 19:03
R2
Chimie organique II
© Thierry Ollevier
CHM-2000
Autres méthodes de synthèse d'un ester (suite)
2.4.3. Au départ d'un anhydride (suite)
Dans le cas des anhydrides cycliques :
O
O
+
O
EtOH
110°C
OH
OEt
O
O
acide-ester
2.4.4. Au départ d'un autre ester (transestérification)
O
O
C
R
+
OR"
+
C
R'OH
R
alcoool
à point ébullition
élevé
OR'
R"OH
alcoool
à point ébullition
plus bas
Exemple
O
H
+
OH
OCH3
O
O
derivesacides-60 2016-01-12 19:02
+ CH3OH
distillé
au fur et
à mesure