Chp 0. Effets électroniques

Chimie organique / Cours – TD
Chapitre 0
Effets électroniques dans les composés organiques
I. Stabilité relative des intermédiaires réactionnels ioniques
Dans un composé ionique, la charge est d’autant plus stabilisée que celle-ci est délocalisée sur un grand nombre
d’atomes. En conséquence :
 tout effet électrodonneur stabilise une charge positive, déstabilise une charge négative ;
 tout effet électroattracteur déstabilise une charge positive, stabilise une charge négative.
Exercice n° 1 : Stabilité relative des carbocations et des carbanions
1. Classer par ordre de stabilité décroissante les carbocations ci-dessous.
A B C D
2. Classer par ordre de stabilité décroissante les carbocations ci-dessous.
A B
Br Br
C D
3. Classer par ordre de stabilité décroissante les carbanions ci-dessous.
A B C
H H
H
H
H
D

II. Propriétés acido-basiques
La force d’un acide ou d’une base est mesurée à l’aide d’une constante thermodynamique d’équilibre (d’acidité
ou de basicité) dont la valeur dépend des stabilités relatives de l’acide et de sa base conjuguée.
L’étude des effets électroniques permet d’identifier les facteurs de stabilisation et de déstabilisation, et ainsi
d’établir un ordre relatif d’acidité ou de basicité.
Que l’on s’intéresse à l’acidité ou à la basicité comparée de composés organiques, nous raisonnerons ici sur la
stabilisation ou déstabilisation de la base du couple considéré par rapport à son acide conjugué.
Echelle d'acidité
pK
A
Déstabilisation de la base augmente le pK
A
du couple
Stabilisation de la base diminue le pK
A
du couple
 Acidité comparée : Un acide est d’autant plus fort que sa base conjuguée est stabilisée.
 Basicité comparée : Une base est d’autant plus forte qu’elle est déstabilisée.
Il est bon de signaler que l’on pourrait également choisir de raisonner sur les facteurs de stabilisation et de déstabilisation des acides des
couples acido-basiques (on suivrait la même démarche), mais cela est souvent moins évident.
Exercice n° 2 : Acidité et basicité relative
1. Attribuer les valeurs des pK aux acides carboxyliques ci-dessous : 0,3 ; 0,7 ; 2,9 ; 4,8
OH
O
OH
O
Cl OH
O
Cl
Cl
Cl O
H
O
F
F
F
2. Attribuer les valeurs de pK aux bases ci-dessous : 4,6 ; 10,8 ; 11,1 ; 35
NH
2
NH
2
N
H
N
3. L’imidazole est un ampholyte (ou espèce amphotère) dont les pK sont de 7,0 et 14,9. Représenter l’acide
conjugué et la base conjuguée de l’imidazole et attribuer les pK sans ambiguïté.
N
H
N

III. Propriétés électrophiles et nucléophiles
 Un nucléophile (« qui aime les nucléons » donc les noyaux) est une espèce riche en électrons et réactive vis-
à-vis des sites pauvres en électrons aussi appelés sites électrophiles.
 Un électrophile (« qui aime les électrons ») est une espèce pauvre en électrons et réactive vis-à-vis des sites
riches en électrons aussi appelés sites nucléophiles.
Afin de repérer les sites réactifs, il faut garder à l’esprit que :
 un atome porteur d’une charge partielle positive est un potentiel site électrophile.
 un atome porteur d’une charge partielle négative est un potentiel site nucléophile.
Un électrophile est d’autant plus fort qu’il est appauvri électroniquement. En conséquence :
 tout effet électroattracteur exalte l’électrophilie ;
 tout effet électrodonneur inhibe l’électrophilie.
Un nucléophile est d’autant plus fort qu’il est enrichi électroniquement. En conséquence :
 tout effet électroattracteur inhibe la nucléophilie ;
 tout effet électrodonneur exalte la nucléophilie.
Rappelons que les notions de force d’électrophilie ou de nucléophilie sont des notions de nature cinétique.
Exercice n° 3 : Electrophilie et nucléophilie comparée
1. Après avoir mis en évidence l’existence d’un site électrophile dans les composés carbonylés ci-dessous, classer
les par ordre décroissant d’électrophilie. Donner ensuite un exemple d’activation électrophile en expliquant.
O
OO
H
O
NH
2
O
Cl
O
2. Indiquer la structure du produit de cette réaction et expliquer clairement la chimiosélectivité de cette réaction.
O O
OEt
EtOH
NaBH
4
?
3. Comparer la nucléophilie de ces trois anions (les deux premiers étant qualifiés de « donneurs d’hydrure »).
4. Expliquer alors les résultats ci-après.
O O
OEt
OH
1. LiAlH
4
, THF OH
2. Hydrolyse
O O
OEt
NaH, THF
5. Proposer une stratégie mettant en jeux plusieurs étapes pour réaliser la synthèse suivante.
O O
OEt
O
?OH
6. Lors de cette étape, on observe les résultats suivants : en spectroscopie IR, 1 possède entre autres deux bandes
d’absorption intenses à 1690cm et 1730cm alors que dans cette zone, 2 ne possède qu’une bande à
1690cm. Expliquer ces observations et représenter le composé 2.
O
O
1
2
EtOH, 0 °C
NaBH
4
B HH
H
H
Al HH
H
H
ion tétrahydruroborate ion tétrahydruroaluminate
H
ion hydrure

Exercices d’entraînement
Exercice n° 4 : Synthèse de l’héroïne
L’héroïne peut facilement être synthétisée à partir de la morphine via la réaction d’acétylation suivante.
O
HO
HO
H
N
H
Morphine
+ 2
O
O
Anhydride acétique
O
O
O
H
N
H
Héroïne
O
O
O
+ 2
O
O
N
Acétate de pyridiniu
m
+ 2
H
N
Pyridine
1. Nommer les différents groupes fonctionnels présents dans les réactants et les produits de la réaction.
2. Identifier les potentiels sites nucléophiles de la morphine.
3. Identifier les sites électrophiles de l’anhydride acétique.
4. Comparer la nucléophilie de CHOH et CHNH.
5. Pourquoi l’atome d’azote de la morphine n’a-t-il pas réagit avant les atomes d’oxygène ?
6. Quel produit obtient-on à priori si on n’utilise qu’un seul équivalent d’anhydride acétique ?
7. Expliquer la formation de l’acétate de pyridinium.
8. Que dire de la solubilité de la morphine dans différents solvants ?
9. Décrire une méthode de purification de la morphine.
Données sur la morphine :
 T = 250°C ;
 Solubilités de la forme la plus acide : dans l’eau 64mg. mL ; dans l’éthanol 1,8mg. mL.

Exercice n° 5 : Synthèse de la méthamphétamine
La (+)-méthamphétamine (ou N-méthyl-1-phénylpropan-2-amine) est une drogue synthétique psycho-stimulante
qui provoque une euphorie, une forte stimulation mentale, elle est hautement addictive. Pure, elle se présente
sous forme de cristaux qui peuvent faire penser à de la glace pilée, d’où ses dénominations crystal et ice.
1) Synthèse à partir de la 2-phénylpropanone (P2P)
La méthamphétamine peut être synthétisée à partir de la P2P selon la séquence suivante.
1.a) Ecrire l'équation de réaction de la première étape. Par analogie avec la réaction d’acétalisation, proposer un
mécanisme réactionnel.
1.b) Indiquer la nature de la seconde transformation et proposer un réactif susceptible de mener à bien cette
transformation.
1.c) Expliquer un inconvénient majeur de cette synthèse.
2) Synthèse à partir de l'éphédrine
Une autre méthode de synthèse utilise comme matériel de départ la (-)-L-éphédrine.
Cette dernière est mise en réaction avec un mélange d'acide iodhydrique et de phosphore rouge pour conduire,
après traitement, à la méthamphétamine.
NH
OH
CH3
HI / P(red) NH
CH3
(-)-L-éphédrine
2.a) Indiquer la nature de cette transformation et le rôle du phosphore rouge.
2.b) Les pKa de l'éphédrine et de la méthamphétamine valent respectivement 9,5 et 9,9. Expliquer.
2.c) Interpréter le spectre RMN du proton de la (-)-L-éphédrine.
2.d) La (+)-méthamphétamine peut également être obtenue à partir d'un stéréoisomère de configuration de la (-)-
L-éphédrine, appelé pseudoéphédrine. Représenter la pseudoéphédrine et indiquer la relation de stéréoisomérie
entre l'éphédrine et la pseudoéphédrine.
2.e) Expliquer quel est l'avantage de cette méthode de synthèse par rapport à la précédente.