Compléments de formation en chimie organique

Passeport L3-M1
Prérequis M1 Chimie : Synthèse organique 1 Ouvrages -‐ « Chimie Organique » de Clayden, Greeves, Warren et Wothers, Ed. De Boeck -‐ « Chimie Organique Avancée » de Carey et Sundberg, Ed. De Boeck -‐ « Chimie Organique, tout le cours en fiche » de J. Maddaluno, Ed. Dunod -‐ « Chimie organique, Ex. corrigés et rappels de cours L3 » de C. Bellec, Ed. Vuibert Notions Théoriques Les grandes classes de réactifs -‐ les acides et les bases, pKa -‐ les nucléophiles et les électrophiles -‐ les oxydants / les réducteurs La réaction chimique -‐ sélectivités en chimie organique -‐ les effets électroniques -‐ les règles d’écriture des mécanismes -‐ les intermédiaires réactionnels : carbocations/carbanions/radicaux/carbènes -‐ les réactions élémentaires vs réactions complexes -‐ l’état de transition -‐ la catalyse -‐ contrôle cinétique vs thermodynamique Les mécanismes réactionnels -‐ les grands types de réactions -‐ la substitution nucléophile (SN1, SN2, SNi, SN’1, SN’2, SN intramoléculaire, SNAr…) -‐ la substitution nucléophile sur C=O, C=N et C≡N -‐ la substitution électrophile aromatique -‐ l’addition nucléophile -‐ l’addition nucléophile sur systèmes conjugués -‐ l’addition électrophile -‐ l’élimination (E1, E2, E1cb, Ei) -‐ la cycloaddition de Diels-‐Alder -‐ les réactions de transposition (polaires et sigmatropiques) -‐ les réactions radicalaires -‐ les réactions d’oxydation et de réduction La réactivité des fonctions -‐ les alcanes -‐ alcènes -‐ alcynes -‐
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aromatiques halogénoalcanes les composés organométalliques les alcools les amines les dérivés carbonylés les acides carboxyliques et dérivés Exercices d’application à faire absolument avant et pour la semaine de complément de formation. Exercice 1 (pKa) 1) En raisonnant sur les échelles d’acidité et de basicité (dont vous rappellerez la définition) classer les acides suivants par ordre d’acidité croissante, classer de même les bases conjuguées de ces acides par ordre de basicité croissante. NH2
H
N
OH
N
H
pKa
2)
3)
aniline
phénol
25
10
cation pyridinium
5
11
Que se passe-‐t-‐il lorsque le 2-‐aminophénol est mis en présence de triéthylamine d’une part, et de pyridine d’autre part ? En vous basant sur ces notions et sur les échelles de pouvoir nucléophile, interpréter les résultats suivants : TsCl, NEt3
NH2
OH
CH2Cl2
TsCl, pyridine
CH2Cl2
cation triéthylammonium
NH2
OTs
94%
NHTs
95%
OH
Exercice 2 (addition électrophile) On envisage la réaction d’addition d’acide bromhydrique sur les deux stilbènes substitués en para sur l’un des noyaux aromatiques, l’un par un groupement méthoxy (1) l’autre par un groupement nitro (2). HBr
A + B
MeO
1
HBr
C + D
O2N
2
1)
Donner les structures des composés A à D , en précisant pour chacune des réactions le mécanisme impliqué et le produit majoritaire. 2) Pour la réaction 1, dessiner le profil énergétique de la réaction en fonction de la coordonnée réactionnelle pour la formation du produit majoritaire A et du minoritaire B en indiquant la position des états de transition et des intermédiaires réactionnels. 3) Sur le même diagramme, représenter le profil énergétique de la réaction de formation du composé majoritaire C de la deuxième réaction. La vitesse de la réaction 2 est-‐elle plus ou moins grande que celle de la réaction 1 ? Exercice 3 (Elimination) 1) Complétez le schéma réactionnel suivant en donnant les formules développées des composés 4 et 5. Préciser le mécanisme de la réaction mise en œuvre, donner son nom exact. Cl
t-BuOK
O
3
4 + 5
t-BuOH
Δ
2) L’étude cinétique de la réaction d’élimination ci-‐dessous a conduit, en fonction de la nature du groupement Y, aux résultats expérimentaux suivants : Cl
Y
EtONa
Y
EtOH
Y
OMe
H
Cl
NO2
k relative
0,38
1
4,55
1790
Proposer un mécanisme réactionnel compatible avec ces résultats. Exercice 4 (substitution Nucléophile) On considère la suite de réactions ci-‐dessous : HO
HO
OH
O
O
NaH
7
THF
Pyridine,0°C
6
1)
2) TsCl 1 équiv.
8 (C10H16O3)
1) H3O+
?
O
NaH
O
10
80 °C
11
2) NaIO4
Cl
Donner la structure de 7 et justifier la régiosélectivité de la réaction de 6 en 7. Donner la structure de 8 et préciser la configuration absolue des centres asymétriques. 9
3) Indiquer les réactifs et les conditions expérimentales nécessaires pour réaliser la transformation de 8 en 9. Préciser la configuration des centres asymétriques de 9. 4) Donner les structures des composés 10 et 11 sachant que 11 présente en I.R. une bande d’absorption vers 1710 cm-‐1. Exercice 5 (énolate cinétique / thermodynamique) 1) Expliquer de quelle manière il est possible d’orienter préférentiellement la cyclisation du composé 12 en milieu basique vers les composés bicycliques 13 et 14. O
O
Br
O
B
13
B
12
14
2) On constate expérimentalement que les réactions de cyclisation (monomoléculaires) sont en compétition avec un processus bimoléculaire. Préciser cette dernière réaction et expliquer comment la rendre minoritaire. Exercice 6 1) Compléter la suite de réaction ci-‐dessous en précisant les structures des composés 15, 16, et 17 . O
O
Et
APTS
+
N
H
toluène
Δ
15
I
O
OMe
16
H3O+
O
Et
OMe
17
2) Expliquer la régiosélectivité observée dans l’obtention du composé 17.