MO 01 – Réactions stéréosélectives MO 02 – Réactions régiosélectives Introduction Qu’est-ce que la sélectivité ? Il s’agit de l’obtention préférentielle d’un produit par rapport à un autre. Il y a beaucoup de types de sélectivité différents, ici on s’intéresse à la stéréosélectivité. L’histoire de la stéréochimie commence avec Biot (1815) qui a observé que des composés organiques faisaient tourner le plan de polarisation de la lumière et Pasteur qui a réussi à séparer des énantiomères à la pince à épiler (1848, acide tartique : cristallise en conglomérat racémique (rare) Introduction On parle de régiosélectivité quand on a une modification chimique de l’un des sites préférentiellement à un autre de la molécule (à fonction chimique équivalente). La régio est importante en synthèse totale car quand on a deux fonctions identiques dans une molécule parfois elle permet d’éviter le passage par des étapes de protection/déprotection qui diminuerait le rendement puisque seule la fonction choisie sera attaquée. La régiosélectivité dépend de plusieurs facteurs : des conditions thermodynamiques ou cinétiques (exemple de la synthèse des énolates ), de l’encombrement stérique, des effets électroniques ou orbitalaires. I. Réactions stéréosélectives 1. Réaction diastéréosélective Horner-Wadworth-Emmons manip : lancement, filtration, Tfus, recri ? carac : Tfus, IR 2. Réaction énantiosélective Réduction par la levure manip : extraction (émulsion), célite, CCM, polaro carac : CCM, polarimétrie, IR Blanchard p375 Fuxa p217 Beaucoup de notions : biocatalyse (enzymes, domaines de température et de pH, cofacteurs, difficulté d’extraction sans modification de l’activité). La levure de boulanger contient beaucoup de choses y compris de l’ADH, de la GDH, le cofacteur NADH (qui ne sera pas régénéré ici, d’où l’utilisation de beaucoup de levure). Au niveau de la stéréosélectivité, la réaction est énantiosélective. Cela permet d’introduire les faces ré et si de la cétone. Le catalyseur est chiral (forme complexe), le réducteur, la NADH, a une face d’attaque privilégié. II. Réaction diastéréospécifique Camphre manip : lancement, CPV, extraction/lavage , polarimétrie. Carac : IR, CPV, CCM JD17 Conclusion En quoi c’est important ? Chimie verte : on s’intéresse souvent à un stéréoisomère (les diastéréoisomères n’ont pas les mêmes propriétés (ICO)), la stéréosélectivité permet moins de sous-produits et donc de déchets. Domaine d’étude : catalyseurs pour faire aussi bien que la biocatalyse I. Fonctionnalisation régiosélective de cycles aromatiques Nitration du toluène manip : Lancement, Extraction, CCM, IR, CPV carac: CPV, IR Blanchard p135 modifications : CPV SE30 Tinj/det = 210°C Tfour = 120°C Ajout 1 mL toluène au lieux de 10 gouttes II. Formation régiosélective d'un composé cyclique Diels-Alder manip : Filtration, Recristallisation, CCM carac : CCM, CPV, IR III. Attaque nucléophile régiosélective matsutake manip : ajout acroléine, extraction/lavage, Indice de réfraction, CCM caractérisation : IR, indice de réfraction, CCM Gruber Gruber notion de régiosélectivité : expérimentalement, addition 1,2 Ajouter HCl jusqu'à dissolution totale des sels Garder un bain de glace Dire que éther anhydre peut être manipulé à l'air libre car pas le temps de s'hydrater. Si on arrête l'ajout sécuriser le montage. (eau froide, arrêt de l'ajout). Penser à mettre un montage à l'étuve pour faire la manipulation en double. Conclusion Régiosélectivité à maitriser, mais la stéréosélectivité est encore plus dure à maîtriser ! MO 03 – Aldéhyde, cétone et α-énone Introduction Les composés carbonylés sont caractérisés par leur double liaison C=O. Ils présentent une réactivité commune qui est l'électrophilie du C de la C=O, et un éventuel site nucléophile en α de la C=O, généré par une base. Ce sont de bons intermédiaires pour la formation des liaisons C-C. On voit voir au cours de ce montage comment les former et quelle réactivité ils possèdent. I. Synthèse 1. Synthèse d'un carbonyle Oxydation du menthol en mentone -1hPorteu de Buchère p320 manip : lancement, test papier KI, séparation des phases, test à la DNPH carac : IR, CCM, Tfus Remarques : faire un témoin pour le test à la DNPH 2. Synthèse d'une α-énone Chalcone manip : Lancement, filtration, recristallisation, CCM, IR, Tfus carac : CCM, IR, Tfus II. Caractère électrophile du C du groupement fonctionnel C=O Réduction du camphre manip : extraction/lavage, polarimétrie, CPV, CCM, IR carac : polarimétrie, IR, CCM JD 90 JD 17 Attention à ne pas confondre stéréosélectivité et stéréospécificité ! Face endo : celle avec le plus grand cycle. Le produit endo résulte d’une attaque exo ! Remarques : • Et2O à la place de DCM, doubler quantité pour extraction sinon précipite (mieux de pas ajouter dans l’ampoule directement) • modèle moléculaire pour expliquer l'attaque • Mettre un peu plus de NaBH4 sinon il reste du camphre /!\ entonnoir • • • attention concentration polarimétrie concentration pour CPV 10 mg/mL environ bouchon avec trou sur erlen pour dégagement H2 sans faire entrer H2O III. Réactivité spécifique aux α-énone époydation du citral manip : CCM, extraction/lavage, CPV carac : IR, CPV -1h- Gruber p329 Remarque : • en utilisant mCPBA on aurait eu régiosélectivité différente • Calcul Hulis pour justifier régiosélectivité Conclusion On a vu rapidement des exemples de formation et réactivité des aldéhydes, cétones ou α-énone mais ce n'est pas tout. Ces molécules sont d'un intérêt particulier pour la formation de liaisons C-C et C=C de manière stéréosélective ou stéréospécifique. MO 04 – Halogénation en chimie organique Introduction Les halogènes appartiennent à colonne 17, déf halogénation. On ne va s’intéresser qu’à Cl, Br et I. Différents types de mécanismes : radicalaire, substitution nucléophile, substitution électrophile aromatique, addition électrophile. I. Addition électrophile 1. Synthèse stéréopécifique Bromation du stilbène manip : filtration, Tfus carac : Tfus, IR 2. Application industrielle : indice d'iode indice d'iode manip : ajout KI et eau, chute de burette carac : Veq JD 28 + blanchard p87 MO 05 – Réactions mettant en jeu la nucléophilie d'un atome de C Introduction Définition d’un nucléophile, en général le C est plutôt électrophile de par la liaison avec un hétéroatome comme N ou O mais on peut également le rendre nucléophile ou le trouver déjà sous forme de nucléophile. Parce que les nucléophiles donnent des électrons, ils sont par définition des bases de Lewis. Cependant il convient de bien différencier ces deux caractères : l'un intervient uniquement dans les réactions sous contrôle thermodynamique (basicité), l'autre dans les réactions sous contrôle cinétique. I. Chimie du petit déj p169 Attention à la différence entre beurre et margarine, pas le même nombre d’insaturations. Calcul d'incertitudes II. Halogénation nucléophile SN sur le butanol manip : montage avec gardes, extraction/lavage, injection CPV? Carac : IR, CPV Blanchard p198 Remarques : • Ajouter indicateur coloré dans fiole de garde pour mettre en évidence les gaz piégés, ajouter éther à la phase orga avant extraction. • Conditions CPV Tfour =50°C, Tinj/det = 150°C. Faire étalon avec les deux produit commerciaux et un étalon interne. • Ajouter de l'éther pour pouvoirfaire extraction Les réactions sont des SN catalysées en milieu acide, l’ECD met en jeu le nucléophile. Dans un solvant protique Br- moins solvaté est un meilleur nucléophile que Cl(attention, ça dépend très fortement du solvant !) Conclusion On a une grande réactivité, donc précieux en synthèse, mais à nuancer du fait de leur toxicité. Intermédiaires de synthèse. Ouverture magnésiens ou radicaux Nucléophilie provoquée 1. Par action d'une base chalcone manip: lancement, lavage, Tfus, recri carac : Tfus, IR JD90 2. Par inversion de polarité Matsutake Gruber manip : lancement, dosage, ajout accroléine, filtration, indice de réfraction, CCM carac : IR, indice de réfraction, CCM Le C est nucléophile car lié à un Mg dont l'électronégativité est inférieure. (Avoir les valeurs des EN) II. Nucléophilie intrinsèque Acylation de Friedel-Craft manip : Lancement, filtration, extraction, CCM, indice de réfraction, CPV carac : CCM, IR, indice de réfraction, CPV BUP 925 Conclusion Le caractère nucléophile du C, associé à son caractère généralement électrophile permet de faire beaucoup de réactions permettant de former des liaisons CC et donc de créer un squelette carboné, ce qui est toujours très apprécié des chimistes ! MO 06 – Oxydation en chimie organique Introduction Déf DO T&D PCSI. Oxydation : augmentation du DO. Mais problème ici, exemple carbone alcool IIIaire, Iiaire, pas le même DO alors que pas vraiment d'oxdations. Introduction des classes d'oxydations OCP 6. Intérêt des oxydations en chimie organique : modification d'un substrat en un autre pour les synthèse multi-étapes. Nécessité de contrôle pour certains à une certaine classe d'oxydation et contrôle de régio et stéréosélectivité très important. I. Oxydation d'un alcool Oxydation du menthol en menthone manip : lancement, test papier KI, test DNPH, indice de réfraction carac : IR, CCM, Tfus, indice de réfraction Porteu p302 Remarques : • faire un témoin pour le test à la DNPH • Doser eau de Javel avant utilisation pour connaître la quantité à ajouter JD4 • éliminer l'eau de Javel en excès avec thiosulfate de sodium et du coup pas besoin d'ajouter d'eau. • Extraire φaq avec 2x 2mL de cyclohexane.Rajouter un préséchage au NaCl et sécher avec MgSO4. • Merck index pour l'indice de réfraction. II. Oxydation d'alcènes Epoxydation du citral manip : CCM, extraction/lavage, CPV carac : IR, CPV, CCM Gruber Remarque : • en utilisant mCPBA on aurait eu régiosélectivité différente • Calcul Hulis pour justifier régiosélectivité III. Oxydation en alpha d'un carbonyle Oxydation par ajout d'un brome en α d'un carbonyle manip : lancement, filtration/lavage, Tfus, CCM carac : CCM, Tfus JD 75 Remarques : • Utilité de Br3- : éviter l'utilisation de Br2 toxique et éviter la bromation sur le • • cycle aromatique JD+ICO p642-644. CCM (pentane/éther 6/4) ne pas faire IR ça n'apporte rien. IV. Oxydation d'un hétéroatome Oxydation de la cystéine en cystine Blanchard p377 manip : lancement de la manip, test caractéristique au nitrate d'argent carac : aucune ! Parler de l'importance des ponts disulfures (ADN ou permanente!) Conclusion Bilan mais il existe vraiment beaucoup de réactions d'oxydation. En biologie, on veut contrôler les oxydations qui se produisent dans le corps (pas bon car abîme les constituants cellulaires : présence d'anti-oxydants comme la vitamine E) mais le corps quant à lui maîtrise très bien cette classe de réactions (ex d'une enzyme du foie qui oxyde l'éthanol) MO 07 – Réduction en chimie organique Introduction Réaction rédox bien connues en inorga, mais aussi très importantes en orga! Comment caractériser l’état d’oxydation d’un composé ? Le DO ! Déf du DO T&D PCSI. Réduction : diminution du DO. Mais pb ici, exemple carbone alcool IIIaire, Iaire, pas le même DO alors que pas de réduction. → Introduction des classes d'oxydations avec familles OCP 6. Réduction = passage d'un classe à une autre. On va se rattacher à cette définition tout au long du montage !! Intérêt des réductions en chimie organique : modification d'un substrat en un autre pour les synthèse multi-étapes. Nécessité de contrôle pour certains à une certaine classe d'oxydation et contrôle de régio et stéréosélectivité très important I. Réduction d'un alcyne en alcène Hydrogénation catalytique Actualité chimique mars 2011 manip : filtration célite, extraction/lavage, CCM, CPV, hydrogénateur carac : IR, CCM, CPV • /!\ la quinoléine ne fait pas parti du catalyseur de Lindlar. C’est en général ajouté pour augmenter la sélectivité, mais à la base, le catalyseur est composé de Pd(5%), Pb(3,5%) sur support CaCO3. Le mot chimiosélectivité doit à tout prix être prononcé ! T: on a réduit alcyne en alcène mais on ne peut pas réduire C=O de cette manière, comment peut-on faire ? II. Réduction d'un carbonyle 1. Par un hydrure Réduction du camphre manip: lancement, pouvoir rotatoire, CPV, test à la DNPH carac: polarimétrie, IR, CPV JD17 Attention à ne pas confondre stéréosélectivité et stéréospécificité ! Face endo : celle avec le plus grand cycle. Le produit endo résulte d’une attaque exo ! Remarques : • Et2O à la place de DCM, doubler quantité pour extraction sinon précipite (mieux de pas ajouter dans l’ampoule directement) • modèle moléculaire pour expliquer l'attaque • Mettre un peu plus de NaBH4 sinon il reste du camphre /!\ entonnoir • • • attention concentration polarimétrie concentration pour CPV 10 mg/mL environ Mettre bouchon avec trou sur erlen pour dégagement H2 sans faire entrer H2O T: les hydrures ne sont pas le seul moyen 2. Par un organométallique Synthèse de Matsutake Gruber p419 et Fuxa p49 manip : ajout acroléine, extraction/lavage, Indice de réfraction, CCM caractérisation : IR, indice de réfraction, CCM notion de régiosélectivité : expérimentalement, addition 1,2 Ajouter HCl jusqu'à dissolution totale des sels Garder un bain de glace Dire que éther anhydre peut être manipulé à l'air libre car pas le temps de s'hydrater. Si on arrête l'ajout sécuriser le montage. (eau froide, arrêt de l'ajout). Penser à mettre un montage à l'étuve pour faire la manipulation en double. Conclusion Récap des méthodes, possible de s’arrêter à un degré d’oxydation particulier (alcyne en alcène). Autres réactions possibles : métaux dissous, radicalaire. MO 08 – Synthèse et extraction de composés naturels Introduction Les produits naturels sont utilisés comme colorants, parfums ou même médicaments. Ils peuvent être synthétisés ou extraits. Après extraction les produits isolés sont utilisés tels quels ou sont modifiés comme dans le cas de médicaments. Exemples : le Taxol était utilisé tel quel après extraction, ou l'Aspirine vient de l’acide salicylique qui est extrait de l’écorce de saule et qui donne l’aspirine par estérification. Le premier pose le problème de la biodisponibilité. L’extraction, qui est très importante dans le domaine de la parfumerie, peut également permettre la détermination de la structure de nouveaux composés naturels. Leur structure peut être confirmée par synthèse totale. Dans le cas de petites molécules, la synthèse totale peut s’avérer moins onéreuse que l’extraction des composés naturels I. Extraction de composés naturels 1. Extraction du limonène Chimie des odeurs et des couleurs p207, Mesplède p191 manip : montrer montage distillation, extraction/lavage, polarimétrie carac : IR, polarimétrie Le faire avec les citrons 2. Extraction de la chlorophylle et du beta-carrotène Daumarie p159 manip : dépôt colonne, élution carac : UV, CCM II. Synthèse de composés naturels 1. Synthèse d'une chalcone JD90 manip : lancement, lavage solide, Tfus carac : Tfus, IR 2. Synthèse d'un arôme de champignon Matsutake manip : ajout accroléine, extraction/lavage, indice de réfraction carac : IR, indice de réfraction, CCM Gruber p419 Conclusion On a vu comment extraire ou synthétiser des produits naturels. Une autre possibilité de synthèse est l'hémisynthèse, c'est-à-dire qu'on part d'un autre produit naturel et qu'on le transforme en le produit désiré. MO 10 – Réactions radicalaires en chimie organique Introduction Déf radical. Dans ce montage, on ne va s'intéresser qu'aux radicaux carboné bien qu'il en existe d'autres comme le TEMPO. Premier radical présenté : un radical de triphénylméthyl (1900) mais longtemps avant qu’on considère qu’on pouvait utiliser les radicaux en chimie orga. Aujourd’hui grande importance en recherche ou en industrie. Pour utiliser des radicaux il faut les produire et il y a différentes manières. I. Formation de radicaux par voie thermique Synthèse du polystyrène JD 41 + JD 11 (CCM) manip : précipitation, essorage, lavage, pas de précipitation avec inhibiteur, CCM Remarques : En parallèle, réalisation de la même manip avec du styrène non lavé + ajout d’un peu d’hydroquinone (même quantité que AIBN). Quand on ajoute dans l’EtOH ça ne précipite pas donc ça n’a pas polymérisé → quand on ajoute un inhibiteur de réaction radicalaire (l’hydroquinone) la réaction n’a pas lieu : elle est bien radicalaire. L’hydroquinone réagit avec l’AIBN par arrachement d’hydrogène formant un radical très stabilisé par mésomérie et incapable de propager la chaîne. II. Formation de radicaux par voie photochimique Effet Karash Blanchard p101 manip : extraction, lavage, séchage, injection CPV Remarques : • CPV SE30, Tinj=Tdétec=170°C, Tfour=50°C • attention réaction dans 10 mL d'hexane car on a seulement un petit ballon • avec Br2 gants en nitrile et solution de thiosulfate sous la main, ajouter réfrigérant au dessus du ballon central. III. Formation de radicaux par oxydo-réduction Synthèse du binaphtol JD 86 + JD87 manip : ajout de FeCl3, test au papier iodoamidonné, Tfus Remarques : • Avoir les potentiels des couples impliqués • on peut faire la résolution racémique des deux atropoïsomères synthétisés • on ajoute plus de FeCl3 que prévu, probablement car le binaphtol peut le • • complexer (apparament le bi naphtol aurait une grande affinité pour FeIII), ajout en deux fois seulement. CCM dans le dichlorméthane. Couleur verte dans le filtrat, FeII complexé. Conclusion On a vu comment les radicaux pouvaient être utilisés en chimie organique (création de liaison C-C, fonctionnalisation, régiosélectivité, cyclisation…). La chimie des radicaux très vaste, très grande importance en industrie (polystyrène) mais aussi dans les organismes vivants puisque les réactions radicalaires interviennent par exemple dans le mécanisme de production d'énergie via l’utilisation d’enzymes… Remarques : • Connaître différence entre stabilité thermo (va réagir plus ou moins vite selon les conditions) et cinétique d'un radical (dépend de la vitesse à laquelle il réagit) • Longueur d'onde d'irradiation calculée à partir des énergie de liaison dans le Clayden chapitre sur les radicaux mais on ne règle pas la longueur d'onde expérimentalement • Biblio : Frajman, Fossey, OCP • Manip III : bandes fines en IR : deux modes de vibrations différents ou liaisons H intra. Binaphtol : très bon complexant! Couleur verte, on n'a pas forcément brisé la chélation entre binaphtol et Fe(II). La génératiton de HCl entraine précipitation MO 11 – Réaction de transposition en chimie organique Introduction Définition transposition : lors d’une transposition, un atome ou groupe d’atome changent de position au sein de la molécule. Il existe deux catégories de transposition : - transposition provoquée par l’existence sur un atome d’un excès ou d’un défaut d’électrons : une transposition dite polaire. On aura alors migration intramoléculaire d’un atome ou groupe d’atome. Dans ce montage, on se limitera aux transposition avec défaut d’électrons, car c’est la plus fréquente. - transposition passant par un mécanisme concerté : transpositions sigmatropiques, qui peuvent se passer en l’absence de polarisation. Parfois transposition mène à des produits indésirables mais quand elles sont contrôlées ce sont des voies de synthèse fiables I. Transpositions polaires 1. Avec un défaut d'électron sur un carbone Transposition pinacolique -2hChimie Tout p57, Blanchard p200 manip : Test iodoforme, DNPH, Tfus, extraction/lavage, indice réfraction carac : IR, indice réfraction, Tfus, Test iodoforme et DNPH Remarques : • Modop chimie tout. • Hétéroazéotrope donc montage d’hydrodistillation et non colonne vigreux • Diviser quantités par 5 T: Sur un hétéroatome plus électronégatif tel que N, c’est difficile de créer une charge +. Nécessité de former un bon groupe partant. 2. Avec un défaut d'électron sur un hétéroatome Transposition de Beckman 3h – manip : Tfus, CCM, recri, extraction lavage carac : CCM, IR, Tfus Grüber (JD 48) Remarques : • Attention dès changement de couleur arrêter chauffage et laisser revenir à TA. • JD : prend bcp de précautions, donc long. Grüber ne prend pas de précaution, bien contrôler les température pour que la réaction de s’emballe pas … • possible de parler d’industrie voir Weissermel sur les Caprolactame. T: il existe d’autres transpo de ce type, défaut sur O dans Baeyer Villiger. On s’intéresse maintenant à l’autre catégorie de transposition : sigmatropique gouvernée par les OF. II. Transposition sigmatropiques Transposition de Claisen – 3h30 – manip : indice réfraction, extraction lavage, CPV carac : IR, indice réfraction, CPV JD 49 Remarques : • Lancer en premier car très longue, faire que 1h30 de reflux • parler de la nomenclature [i,j] Conclusion Il existe des transpositions radicalaires, quand sigmatropique non permis stériquement, mais aussi d’autres transpo … Wagner Meerwein Remarques : Lire un peu le Kurti pour infos sur chaque mécanisme et sur quel groupe migre, force de la réaction MO12 - Réactions acido-catalysées en chimie organique Introduction déf catalyse avec diagramme (Scacchi), thermodynamique reste inchangée, différents types de catalyse (homogène, hétérogène, basique, transfert de phase..) mais ici on ne traitera que de la catalyse homogène avec un catalyseur acide, acide de Lewis et Bronsted (définition) I. Catalyse par un acide de Brönsted 1. Intérêt de la catalyse hydrolyse de l'acétate d'éthyle avec et sans catalyse manip : chute de burette, pHmètrie Cachau p168 T : on a vu l'intérêt de la catalyse, mais la catalyse acide en particulier possède des propriétés qui lui sont propres : elle peut être générale ou spécifique. 2.Différents types de catalyse : catalyse générale et spécifique Mutarotation du glucose Brénon-Audat p163 manip : préparation d'une solution, lancement, polarimétrie Def d'acide spécifique Clayden p 1105 Hypothèse d'ordre 1, parler de la loi de Biot, prélever Vtampon à la pipette. On suit α(t), on trace ln ( α(t) – α inf)=f(t) pour différents tampons mais à pH constant (car force ionique=cst). On a 3 droites de pentes différentes donc catalyse généralisée. On se place à force ionique constante pour pouvoir comparer en ne faisant varier qu'un seul paramètre on obtient le α0 par extrapolation et α inf en chauffant solution et prise mesure (/!\ prendre mesure à même T) On montre également que la thermodynamique reste inchangée. T : autre type de catalyse acide : par acide de Lewis II. Catalyse par un acide de Lewis Acylation de Friedel et Craft manip : lancement, ajout anisole, extraction/lavage, indice de réfraction carac : CCM, indice de réfraction BUP 925 Attention le pic sort plus tard que prévu. CCM pentane/ether (90:10) : il faut casser l'adduit avant avec NH4Cl, nD25 = 1,533 Conclusion autres types de catalyses + importance de la catalyse en industrie Remarques : • bien connaître caractéristiques, avantages et inconvénients des différents types de catalyseur • parler des autres types de catalyse • catalyse supportée qui combine avantage de la catalyse homogène (séléctivité) et ceux de la catalyse hétérogène (catalyseur facile à éliminer) • catalyse asymétrique (PN en 2001) • être au point sur les sucres • bien faire le lien ente chaque manip et le thème du montage : dire qui est le catalyseur, quantité, nature, comment il agit, régénéré... MO 13 – Réactions d'élimination en chimie organique Introduction déf élimination Il existe alpha, bêta, gamma élimination selon l’emplacement entre le groupement qui se fait arracher (par une base généralement) et celui qui emporte le doublet électronique (nucléofuge). Les éliminations sont intéressantes dans les synthèses pour former des insaturations. I. Formation d'alcènes 1. Régiosélectivité Déshydratation du méthylcyclohexanol Blanchard p193 manip : lancement distillation, extraction/lavage, injection CPV, CCM carac : CPV, IR, CCM Remarques : • acide phosphorique au lieu de sulfurique • CPV Tfour = 140°C, Tinj = Tdétec = 190°C • CCM AcOEt/EP 20:80. Révélation : UV, KMnO4 • Ne pas trop chauffer pour ne pas dégrader les produits. 2. Stéréosélectivité Elimination décarboxylante Daumarie TP p153 et JCE juin 1991 p515 manip : extraction, lavage, injection CPV, IR, CCM carac : CPV, IR, CCM Remarques : • ajouter 15ml d’eau après la réaction dans butanone • Tinj = Tdétec=180°C, Tfour=130°C. • Demander les produits commerciaux. • CCM : éluant EP/Acétate d’éthyle 80 : 20 étude stéréosélectivité = stéréospécificité de la E2 et stéréosélectivité de la E1. Quand solvant est eau, milieu polaire donc stabilisation carbocation formé, donc formation de l’alcène E. Dans butanone, milieu apolaire, pas de stabilisation du carbocation, mécanisme E2, formation de l’alcène Z. équilibre déplacé grâce formation de CO2. Il faut faire la CPV pour discriminer le Z et le E (produits commerciaux) et l’IR pour voir la disparition de la C=O (1720) et l’apparition de la C=C (1600). II. Formation d'alpha-énone Chalcone manip : lancement, filtration, Tfus carac : Tfus, IR JD90 Remarques : • aldéhyde non énolisable donc limitation des produits secondaires • formation de liaison conjuguée tire la réaction • mécanisme E1cb car crotonisation en milieu basique • ECD est le départ de HO- car mauvais nucléofuge. Conclusion éliminations intéressantes en chimie organique pour faire des insaturations. Parfois, élimination = réaction parasite. Elimination en bêta dans les cycles catalytiques avec du Pd. Essentiel dans le métabolisme de nombreux organismes vivants. Cf. Blanchard p115 MO 14 – Réactions de substitutions nucléophiles Introduction Déf SN : résulte de l’attaque nucléophile par un élément riche en électron sur un atome électrophile (appauvri en électron) et du départ d'un groupe partant appelé nucléofuge, un élément emportant un doublet d’électrons. Intérêt en chimie : interconversion de fonction, à allonger une chaîne carbonée, à assembler deux morceaux préalablement synthétisé ou à faire un cycle. I. Substitution nucléophile sur des C aliphatiques C-alkylation JD 67 manip : CCM, Extraction/lavage (vérifier présence produits sous UV avant de la lancer) carac : CCM (pentane/éther 75 :25), CPV, IR Remarques : • La couleur jaune dévelopée au cours de la réaction peut provenir de l'apparition de I2 issu de l'oxydation de I-. Mettre un seul équivalent de BuI. • Le naphtol est très long à dissoudre dans le trifluoroéthanol ! • Recristallisation indispensable et rapide • CPV (Tinj=Tdet=210°C, Tfour = 160°C) Parler des sous-produits possibles : hydrolyse de l'ester, alkylation en α de la cétone, Oalkyaltion → conditions sont optimisés pour éviter cela (expliqué dans le JD) II. Substitution nucléophile aromatique SnAr sans solvant manip : filtration sur Célite, Tfus carac : Tfus, IR, CCM Bayle T1 p206 Remarques : CCM à inventer, ne pas mettre trop d'acétate d'éthyle, chauffer comme des bourrins à 150 °C. Attention pour faire précipiter le produit, le mettre dans un minimum d'acétate d'étyle ou d'éther de pétrole et dans un bain glace/sel, filtration à très froid Discussion : Mécanisme : Addition + élimination, parler de l'effet mésomère et inductif attracteur de NO2. Effet nucléofuge : inversion par rapport à Caliphatique. Inversion de l'ordre de vitesse de réaction entre fonction du dérivé halogéné. ECD : attaque du nucléophile donc plus l'halogène est inductif attracteur, plus ça ira vite (va plus vite avec F). Dons ici Cl justifier par rapport à I (rappel des premières réactions) Intérêt : utiliser pour la synthèse de Merrifield. Réaction sans solvant : simplicité du mode opératoire, rapidité de la réaction, coût et pollution plus faible. III. Substitution nucléophile sur un hétéroatome O-silylation manip : chromatographie en pipette pasteur, indice de réfraction carac : indice de réfraction, IR JD 58 Discussion : Méthode de protection. Il s'agit de la plus utile des méthodes de silylation des alcools primaires et secondaires + ici rôle de solvant. Me3SiCl pas si dangereux que ça dans l’air. Rejet de HCl !! Pyridine sent très mauvais, faire très attention, bien filtrer, voire refiltrer. Lors de l’évaporation, faire super attention : laisser le ballon à l’air libre à P réduite, puis seulement le mettre dans le bain-marie pour éviter bullage et évaporation trop rapide du reste de pyridine dans la pompe, puis dans l’atmosphère. Pyridine : agent intercalant dans ADN, très mauvais pour les organes reproducteurs ! Pas de silice car elle déprotègerait les OSiMe3, mauvais groupement protecteur. effet anomère : pour avoir rétention de comfiguration, prtoection sous forme acétate, brome sur position anomère et assistance anchimérique. Conclusion Bilan de ce qu'on a vu + existe aussi substitution acylique (sur les dérivés d'acides carboxylique), substitution sur C vinylique. Gérer les conditions car ne pas oublier compétition E et SN. Bilan des intérêts sur les réactions qu'on a présenté : les SN servent à allonger les chaînes carbonées (alkylation), peuvent réaliser des cycles (lactonisation), permettent d’introduire des hétéroatomes (halogénation, réaction d’arbusov pour préparer une Wittig Horner) et aussi premettent de réaliser des protections (ex O-silylation + acide aminé, éther). MO 15 – Réactions de substitution électrophile MO 16 – Alcools et phénols Introduction Une SEest une réaction organique au cours de laquelle un atome ou groupe d'atome est substitué par un groupement électrophile, ie un groupement ou un atome possédant une orbitale vacante basse en énergie. On peut distinguer les SE aliphatiques et aromatiques. Bien que les SEAR soient les plus connues et les plus utilisées, les SE aliphatiques sont notament très utilisées pour former des halogénures d'alcynes. Introduction déf alcool, phénol. Exemples naturels (glycérol, cholesterol, sucres) Propriétés communes (nucléophilie de O -Williamson, estérification-, acide-base -la même mais pka différents-) Propriétés spécifiques (alcool : SN et déshydratation; phénol : réactivité des aromatiques, couplages.) Synthèse (alcool : hydratation, hydroboration des alcènes, réduction de C=O, SN sur RX, phénol : oxydation du cumène, diazonium, SNAr) ICO, Clayden I. Substitutions électrophiles aliphatiques Bromation en α de la 4-méthoxyacétophénone manip : lancement de la manip, Tfus carac : CCM (pentane/éther 2/1), IR, Tfus JD 50 Remarques : Avantage utilisation de Br3- par rapport à Br2: sélectif position aliphatique II. Substitutions électrophiles aromatiques 1. Orientation des SEAr Nitration du toluène manip : lancement, extraction/lavage, CPV carac : CPV Blanchard p133 2. Application Synthèse d'une prophyrine Fuxa p182 manip : essorage et lavage, UV carac : UV, IR, CCM Diviser par 5 les quantités, distiller sur 30 mL et s’arrêter quand on en a 10, papier filtre sur fritté pour pas le boucher, CCM dans DCM, UV dans DCM Remarques : bandes caractéristiques et savoir à quoi elles correspondent A 418 nm : bande de Sorret ou bande B. Les 4 autres bandes sont appelées bandes Q (sym D2h )et si la porphyrine est métallée il n’y en a plus que 2 (sym D4h: montée en sym) Les bandes d'absorption sont le résultat de transitions électroniques centrées sur le macrocycle tétrapyrrolique, elles peuvent être interprétées à partir des niveaux énergétiques de 4 orbitales moélculaires de type π. Transitions π → π *. Soret : S2 ← S0; Q : S1 ← S0 Conclusion Bilan et application des substutions électrophiles en recherche et industrie (colorants, textiles...) Bien revenir au titre du montage à chaque manip ! I. Synthèse d'un alcool Réduction du camphre manip : lavage/extraction, CPV, polarimétrie carac : IR, CPV, polarimétrie JD 17 Remarques : • modèle moléculaire, introduction d’un C* en α du OH impossible sur phénols. • Réaction inverse : oxydation en carbonyle, réactivité spécifique des alcools • formation phénol : procédé au cumène II. Réactivité commune Synthèse de l'aspirine manip : filtration, recristallisation, Tfus, CCM carac : IR, CCM, Tfus Daumarie florilège p53 Remarques : • mettre 2x plus de H2SO4 et chauffer plus longtemps • faire le test des phénols → FeCl3 et si couleur foncée, il y a phénol • on fait une hémisynthèse = synthèse où on part d'un produit naturel Industriellement : réaction de Kolbe (carboxylation du phénol) forme acide salycilique III. Réactivité spécifique Couplage oxydant du naphtol manip : filtration, Tfus, test au papier iodo amidonné, CCM carac : IR, Tfus, CCM (EP/EtOAc 80:20) On peut faire les ajouts en deux fois au lieu de 4 ! JD86 Conclusion Intérêt alcools : conversion possible en plein de fonctions, incontournables en synthèse ! MO 17 - Catalyse en chimie organique MO 18 – Synthèse et réactivité des dérivés d'acide Introduction Déf catalyseur avec schéma (Scacchi) : joue sur cinétique mais pas sur thermo. Nouveau chemin réactionnel, Ea diminuée. Régénéré, n’apparaît pas dans l’équation bilan. Nombreux types de catalyses mais on va se limiter à homogène et hétérogène (déf) 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. I. Catalyse homogène 1. Par un acide Estérification Manip: Dean Stark, extraction/lavage, indice de réfraction, CCM Carac: indice réfraction, CCM, IR JFLM Barbe p86 I. Evaporer molo et CCM (AcOEt/EP 20 :80), Merck index pour indice de réfraction Remarque : – A faire avec et sans catalyseur pour comparer les volumes d’eau – utiliser HCl et pas H2SO4 T: On vient de voir catalyse homogène par un acide mais industriellement la catalyse hétérogène est de plus en plus utilisée 2. Par un élément de transition Heck manip : recristallisation, filtration à chaud, Tfus carac : Tfus, IR Fuxa p 109 modification : Reflux 1h30 et pas 2h Penser à mettre entonnoir et papier filtre à l'étuve II. Catalyse hétérogène Hydrogénation catalytique des alcynes Manip: filtration célite, CPV, hydrogénateur Carac: CCM, CPV, IR Actualité chimique mars 2011 Synthèse des dérivés d'acide 1. A partir d'acide carboxylique Synthèse de l'aspirine Daumarie florilège p53 manip : filtration, recristallisation, Tfus, CCM, test des phénols carac : IR, CCM, Tfus Remarques : • mettre 2x plus de H2SO4 et chauffer plus longtemps • faire le test des phénols → FeCl3 et si couleur foncée, il y a phénol • on fait une hémisynthèse = synthèse où on part d'un produit naturel Ici on part d'un anhydride, la réaction n'est pas un équilibre. Industriellement : réaction de Kolbe (carboxylation du phénol) forme l'acide salycilique. 2. Interconversion d'un nitrile en amide Réaction de Ritter -2hDaumarie TP 90 manip: lancement, Tfus, CCM, filtration carac: Tfus, CCM, IR Réaction intéressante car formation d’un amide encombré (pas faisable avec car trop encombré). IR : fort effet +M sur l’amide par rapport à un acide (effet batochrome). Parler de la bande pour la liaison N-H vers 3000 ( peut nous donner info sur la classe de l’amide) Insister sur l’avantage de pouvoir filtrer en hétérogène. II. Réactivité des dérivés d'acide : électrophilie du C fonctionnel Friedel-Craft manip : Lancement, Filtration, Extraction, CPV , Indice de réfraction, CCM carac: indice de réfraction, Conclusion Avantages/inconvénients des deux méthodes. Autres exemples de catalyse Catalyse hétérogène : Heck Suzuki, Negishi PN 2010 Conclusion Dérivés d'acides très employés car plus réactifs que l'acide, utilisés en industrie agro-alimentaire ou polymères ! BUP 925 MO 19 – Synthèse et réactivité des alcynes MO 20 – Additions nucléophiles Introduction Déf alcyne, liaison triple CC, représentation. Distinction alcyne vrais et alcynes internes Introduction déf addition et nucléophile. L'addition nucléophile peut être une réaction ou seulement une étape d'un mécanisme réel (ex addition élimination). Très utilisé par les chimistes et doit être maîtrisé afin de pouvoir jouer sur régiosélectivité/stéréosélectivité. I. Synthèse des alcynes Synthèse du diphénylacétylène manip : ajout d'eau, filtration, CCM, recristallisation, Tfus carac : CCM (EP/DCM 90/10, révélation UV, Rf=0,84), Tfus Dupont Durst p219 Remarques : • mettre barreau aimanté à la place de pierre ponce • chauffer à 170°C • recri : attention, composé très soluble 2e élimination est difficile, la potasse doit être bien solubilisée pour optimiser la réaction II. Réactivité commune à tous les alcynes Hydrogénation catalytique actualité chimique mars 2011 manip : dernière purge, filtration sur célite, CPV Carac: CCM, CPV (piquer le réactif et l’alcène commercial), IR Contrôle réduction de l’alcyne à l’alcène se fait avec catalyseur de Lindlar. Le composé (Z) est obtenu par cette méthode ((E) obtenu par la réduction de Birch utilisant Na/NH3) III. Cas des alcynes vrais 1. Labilité du H acide Formation d'acétylure manip : tube à essai carac : IR (réactifs et produits) Blanchard p128 2. Halogénation Halogénation d'alcyne JD 76 Manip: indice réfraction, lancement, ajout I2, ajout alcyne, CCM , extraction/lavage Carac: indice réfraction, CCM, IR Remarque: Pour la synthèse du magnésien : mettre solvant du le ballon pour ne pas avoir Mg sec comme le préconise le protocole. Faire hydrolyse dans le ballon avec extraction et lavages pour éliminer aspect pâteux. Conclusion récapitulatif + ouverture sur Sonogashira I. Présentation des additions nucléophiles Chalcone manip : lancement, lavage, Tfus carac : Tfus, IR JD 90 II. Régiosélectivité Matsutake Gruber + Fuxa p49 manip : ajout acroléine, extraction/lavage, indice de réfraction carac : CCM, IR, indice de réfraction Bien penser à dire qu'on a 1-4 avec cuprate lithié Ajouter HCl jusqu'à dissolution totale des sels, Garder un bain de glace Si on arrête l'ajout sécuriser le montage. (eau froide, arrêt de l'ajout). Penser à mettre un montage à l'étuve pour faire la manipulation en double. III. Stéréosélectivité Camphre JD 17 manip : lancement, extraction/lavage, CPV, polarimétrie carac : CPV, IR, polarimétrie ne pas confondre stéréosélectivité et stéréospécificité ! Face endo : celle avec le plus grand cycle. Le produit endo résulte d’une attaque exo ! Remarques : • Et2O à la place de DCM, doubler quantité pour extraction sinon précipite (mieux de pas ajouter dans l’ampoule directement) • modèle moléculaire pour expliquer l'attaque • Mettre un peu plus de NaBH4 sinon il reste du camphre /!\ entonnoir • • • attention concentration polarimétrie concentration pour CPV 10 mg/mL environ Bouchon avec trou sur erlen pour dégagement H2 sans faire entrer H2O Conclusion Très utilisé car dans de nombreux mécanismes, le grand enjeu est la maîtrise de la sélectivité MO 21 – Additions électrophiles MO 22 – Synthèse de peptides Introduction déf addition électrophile (Daumarie concours). On a donc des additions électrophiles majoritairement sur des alcènes ou alcynes I. Halogénation 1. principe Bromation du stilbène manip : filtration, Tfus carac : Tfus, IR 2. application indice d'iode manip : ajout KI et eau, chute de burette carac : Veq II. Régiosélectivité 1. Markovnikov Hydratation de l'hexene-1 manip : distillation, indice de réfraction, extraction/lavage carac : IR, indice de réfraction JD 28 + blanchard p87 I. Chimie du petit déj p169 JFLM Barbe p32 Remarque : faire modop du JFLM-Barbe, mais pas dans ampoule à décanter !! 2. Contrôle orbitalaire Diels Alder manip : lancement, recristallisation, CCM carac : CCM Introduction Déf acide aminé. Donner quelques exemples d’acides aminés. Parler de la liaison peptidique. Déf peptide. Structure primaire, secondaire et tertiaire des protéines. Importance en biologie de connaître la structure des protéines pour déterminer leurs réactivités. Au labo, on est capable de synthétiser des peptides mais non sans problèmes. Nous allons tout d’abord avoir des problèmes de sélectivité et faisons appel aux GP Gruber 31 Conclusion Les additions électrophiles se font aussi sur les alcynes selon à peu près les mêmes mécanismes pour donner des alcènes halogénés qui font d'excellents réactifs pour des couplages. Stratégie de synthèse avant le couplage 1. Protection de la fonction amine de l'alanine Protection de la fonction amine de l’alanine Daumarie concours p118 manip : ajout soude, extraction, IR, Tfus carac : Tfus, IR Amine déjà sous forme d’ammonium et acide carboxylique sous forme carboxylate. Soudedéprotonne ammonium et exalte nucléophilie 2. Activation de l'acide carboxylique de l'alanine protégée Acide carboxylique de l'alanine protégée Daumarie concours p120 manip : lancement, ajout réactifs, précipitation, filtration, IR, Tfus, polarimétrie carac : CCM, IR, Tfus, polarimétrie Activation grâce au DCC, déplacement de l’équilibre d’estérification par formation d’un précipité DCU éliminé par filtration à la fin. Formation d’un IR l’isourée, sur lequel on a addition nucléophile du paranitrophénol (PNP). II. Couplage peptidique Daumarie concours + JCE manip : Tube à essai, filtration, Tfus, suivi spectro La réaction libère PNP, le mélange devient jaune (couleur du PNP). Suivi spectrophotométrique à longueur d’onde où le phénol est absorbé pour connaître sa concentration au court du temps, étude cinétique permet de remontrer que l’ordre de la réaction est de 1 Conclusion Enormes progrès dans la synthèse des peptides et donc des protéines en améliorant sans cesse la stratégie de protection/déprotection. Mais cette approche a certaines limites au niveau de la taille max que peuvent avoir les protéines synthétisées mais aussi pour certaines familles de protéines, comme les hydrophobes. Pourquoi recréer protéines ? On doit à Richard Feynman (PN 1965) la citation « What I cannot create, I do not understand » En synthétisant les protéines de leur choix, les scientifiques peuvent mieux les étudier et comprendre leur fonctionnement. D’un pdv plus pratique, on souhaite synthétiser les protéines cibles pour mettre à contribution leurs multiples fonctions. MO 23 - Optimisations des conditons opératoires MO 24 - Synthèse et réactivité des alcènes Introduction Au cours de la réalisation d'une synthèse d'un composé désiré, les chimistes organiciens vont avoir à leur disposition 2 stratégies afin d'en optimiser les condtions opératoires. Il va être intéressant de s'intéresser à l'optimisation des conditions opératoires directement pendant la synthèse mais on pourra également optimiser les conditions opératoires de traitement du brut issu de cette synthèse. Introduction déf alcènes, exemples naturels, liaison σ et π qui donne la réactivité (odg des énergies de liaisons), intérêt industriel (polymères) I. Optimisation lors de la réaction 1. Utilisation d'un catalyseur Hydrogénation catalytique actu chimique mars 2011 manip : purge, filtration + lavages, CPV carac : CPV, IR, CCM, indice de réfraction Cette réaction peut se faire sans catalyseur mais réaction très lente → optimisation de temps et de sélectivité ! T: et si la réaction est équilibrée ? 2. Déplacement d'équilibre Estérification JFLM Barbe p86 manip : fonctionnement du Dean Stark, calcul rendement, indice de réfraction carac : IR, CCM, indice de réfraction, Faire manip avec et sans Dean Stark en fixant les autres pramêtres (agitation, durée, quantité de réactif) et comparer les rendements Ici on augmente le rendement en soutirant un produit. Cela permet d'obtenir un rendement supérieur à celui prédit par la thermo qui de 66%. II. Optimisation lors du traitement d'un mélange Séparation de pigments d'épinards Chimie du petit déjeuner p271 manip : CCM, dépôt sur la colonne carac : UV- Visible Première CCM 95:5 AcOEt: MeOH → ΔRf pas suffisant Deuxième CCM: AcOEt:EP 30: 70 → seul le bétacarotène est élué. Conclusion On a vu qu'il était possible d'optimiser les conditions opératoire à l'aide de ces 4 expérience ce qui aujourd'hui un enjeu primordial étant donné les attentes de la chimie verte. On aurait pu jouer sur d'autres paramètres comme T, la quantité de réactif ou encore l'appareillage au sein du quel s'effectue la réaction (ex fours à micro-onde) 1. Synthèse des alcènes /!\ pas exhaustif donc dire d'autres manières de synthétiser alcènes 1. Par réduction d'un alcyne Hydrogénation catalytique actualité chimique mars 2011 manip : purge, filtration célite, extraction/lavage, CPV, CCM carac : CCM, CPV, IR Remarques : • la quinoléine ne fait pas partie du catalyseur de Lindlar • réaction diastéréosélective (pour le (E) Na dans NH3(l) ) 2. Réaction de Horner-Wadworth-Emmons HWE manip : Lancement, filtration, recristallisation, CCM, Tfus, UV-Visible carac : CCM, Tfus, UV Gruber p276 Remarques : le produit est insoluble dans le solvant, mais le sous-produit l'est 2. Réactivité des alcènes 1. Addition électrophile Bromation du stilbène (cis/trans) manip : filtration, lavage, Tfus carac : IR, Tfus JD28 + Blanchard p87 2. Epoxydation Epoxydation du citral manip : Filtration, Extraction/lavage, CCM, IR, CPV carac : CCM, IR, CPV Remarques : • réaction régiosélective (mCPBA aurait attaqué l'autre alcène) • conditions un peu particulières due à la conjugaison avec C=O Gruber p329 Conclusion Exemples de synthèse et réactivité mais pas exhaustif, industriellement intéressant car polymères, métathèse et couplage PN 2005 (Chauvin) et 2010 (Suzuki, Heck, Negishi) MO 25 – Organométalliques MO 26 – Synthèse et réactivité des composés halogénés Introduction Déf organométalliques. On ne va s’intéresser qu’aux liaisons σ. Elle est très polarisée. D’après les EN, le C a δ- : c’est ce qui est à l’origine de sa réactivité si particulière. 2 mots sur réaction historique de formation des organomagnésiens et Victor Grignard. HP prépa PCSI On va voir que les organométalliques sont très réactifs et sont des intermédiaires de réactions très intéressants pour la création de liaisons C-C. I. Synthèse d'un organomagnésien Matsutake manip : lancement II. Réactivité des organométalliques 1. Acido-basique dosage du RMgX manip : faire le zéro, chutte de burette Gruber 40 Fuxa 2. En tant que nucléophile suite matsutake manip : extraction, lavage, séchage, indice de réfraction carac : indice de réfraction, IR Remarque : piège à la 2-4-DNPH à la sortie du rotavap III. Utilisation en catalyse Réaction de Heck Fuxa p107 manip : recristallisation, filtration à chaud, Tfus, CCM carac : IR, Tfus, CCM (éluant EP/AcOEt 90/10) Remarques : • Remplacer distillation du styrène, lavage à la soude comme dans JD 41. • pour filtration à chaud, mettre verrerie à l'étuve (entonnoir, papier filtre) et filtrer le mélange juste après le quenchage • quenchage à l'eau : destruction cata, on a Pd(0) qu'on va pouvoir filtrer. • ajout lavage à l'eau pour éliminer les sels qui auraient pu être piégés, lavage à HCl dilué pour enlever tributylamine. Conclusion Ex large éventail (SN, autres réactions de couplage) autres organométalliques : cuprates, zinciques… Ils sont également employés pour de la catalyse puisque recherches menées pour catalyser de manière réversible rupture liaison H2 (stockage!) Organométallique dans la nature : cobaltamine vitamine B12. Introduction Déf dérivé halogéné, halogène dans l’avant dernière colonne de la CP, on exclue F car toxique corrosif verrerie spéciale et Astate car radioactif. Caractéristique de la liaison (polarité), (évolution électronégativité/rayon atomique). I. Synthèse de composés halogénés 1. Par addition électrophile Bromation du stilbène manip : filtration, Tfus carac : Tfus, IR 2. Par substitution nucléophile SN sur le butanol manip : montage avec gardes, extraction/lavage, injection CPV? carac : IR, CPV JD 28 + blanchard p87 Blanchard p198 Remarques : • Ajouter indicateur coloré dans fiole de garde pour mettre en évidence les gaz piégés, ajouter éther à la phase orga avant extraction. • Conditions CPV Tfour =50°C, Tinj/det = 150°C. Faire étalon avec les deux produit commerciaux et un étalon interne. Les réactions sont des SN catalysées en milieu acide, l’ECD met en jeu le nucléophile. Dans un solvant protique Br- moins solvaté est un meilleur nucléophile que Cl(attention, ça dépend très fortement du solvant !) II. Réactivité d'un composé halogéné Synthèse de Matsutake Gruber p419 et Fuxa p49 manip : ajout acroléine, extraction/lavage, Indice de réfraction, CCM carac : IR, indice de réfraction, CCM notion de régiosélectivité : expérimentalement, addition 1,2 Ajouter HCl jusqu'à dissolution totale des sels, Garder un bain de glace Dire que éther anhydre peut être manipulé à l'air libre car pas le temps de s'hydrater. Si on arrête l'ajout sécuriser le montage. (eau froide, arrêt de l'ajout). Penser à mettre un montage à l'étuve pour faire la manipulation en double. Conclusion Réactivité intéressante et utile, bons intermédiaires de synthèse. MO 27 – Réactions de formation de la liaison CN Introduction : Les composés azotés sont très fréquents à l’état naturel : on en trouve dans les êtres vivants puisqu'il y en a dans les acides aminés, peptides et donc l'ADN. On en trouve également dans nos vêtements (nylon) ou encore dans. On rencontre plus souvent les liaisons C-N simples que doubles C=N ou triple CN (qui sont plutôt des intermédiaires de synthèse) et on va voir comment former des liaisons CN. I. Par substitution Nitration du toluène Manip: extraction/lavage, CPV Carac: CPV, IR Blanchard p135 modifications : CPV SE30 Tinj/det = 210°C Tfour = 120°C Ajout 1 mL toluène au lieux de 10 gouttes II. Par addition nucléophile 1. Synthèse d'un amide encombré Réaction de Ritter Daumarie concours p90 manip : lancement, filtration/lavage, CCM, Tfus carac : Tfus, CCM, IR Remarque : savoir comment on synthétise les amides habituellement ! T: on vient de voir que l'attaque nucléophile d'un azote sur un carbonyle peut donner lieu à une liaison simple, mais on peut avoir également une liaison double 2. Synthèse d'un oxime Mesplède manip : ajout cyclohexanone, filtration, lavage, Tfus carac : IR, Tfus manip 22 p79 Conclusion On vient de voir ici 3 manières de former des liaisons CN, qu'elles soient simple ou double, mais il en existe bien d'autres. Composés azotés ont grande influence en médecine MO 28 – Synthèse et réactivité des composés aromatiques Introduction Déf composé aromatique (appelés ainsi car certains possèdent une odeur), règle des 4n+2 électrons en Hückel, critère de RMN, comprend aussi bien des cycles carbonés que des hétérocycles. Composés aromatiques apparaissent dans de nombreux composés naturels (nicotine -pyridine-, morphile -phénol-, ...) Il est important de savoir les synthétiser et de connaître leur réactivité. Très différente de celle des alcènes du fait de l’aromaticité (la molécule cherche à préserver son cycle aromatique) .ICO I. Synthèse d'un composé aromatique 1. Synthèse d'un pyrrole Synthèse d'un pyrrole manip : ajout amine, lavage alumine au dichlo, CCM, test à la 2-4 DNPH? Carac: IR, CCM Fuxa p75 Formation classique du pyrrole par la réaction de Paal-Knorr cf Kürti. Doublet du pyrrole conjugué avec le cycle (6 e- au total). Vibrations caractéristiques en IR : nu NH vers 3400-3500 cm-1, nu cycle vers 1550-1600 cm-1. Remarques : • utiliser un barreau pas trop gros et gratter régulièrement le solide qui colle aux parois (optimiser le contact entre les réactifs) • Cétone migre plus que amine sur CCM. 2. Synthèse d'un macrocycle aromatique Synthèse de la porphyrine manip : addition du pyrrole, essorage/lavage, UV Remarques : distiller le pyrrole, papier filtre dans le fritté. Déposer benzaldéhyde et pyrrole sur CCM. Fuxa p182 L’électrophile est le benzaldéhyde protoné, le nucléophile est le pyrrole. La réaction se produit en 2 étapes : SEAr du benzaldéhyde protoné sur le pyrrole, puis oxydation spontanée du macrocycle obtenu pour avoir une porphyrine aromatique. Difficulté de former un macrocycle, possibilité d’avoir recours à l’effet template avec un métal comme Mn (cf Fuxa), c’est un effet entropique. Bandes caractéristiques et savoir à quoi elles correspondent : A 418 nm : bande de Sorret ou bande B. Les 4 autres bandes sont appelées bandes Q (symétrie D2h )et si la porphyrine est métallée il n’y en a plus que 2 (symétrie D4h: montée en symétrire). Les bandes d'absorption sont le résultat de transitions électroniques centrées sur le macrocycle tétrapyrrolique, elles peuvent être interprétées à partir des niveaux énergétiques de 4 OM de type π. Transitions π → π*. Soret : S2← S0; Q : S1 ← S0 II. Réactivité des composés aromatiques 1. Mise en évidence Action de KMnO4 sur le cyclohexène, sur le toluène manip : manip en tube à essai Mise en évidence de l’aromaticité : on verse eau de brome dans tubes à essai contenant du cyclohexène, du toluène : décoloration uniquement dans tube de cyclohexène 2. Substitution électrophile aromatique Friedel Craft manip : lancement, CCM, indice réfraction, extraction/lavage carac : CCM, indice de réfraction BUP 925 juin 2010 Conclusion Bilan. Autres réactions possibles : substitutions nucléophile aromatique, oxydation des chaînes latérales. Implication dans les couplages au palladium (Suzuki, Heck) MO 29 – Hydratation, hydrolyse MO 30 – Synthèse organique respectueuse de l'environnement Introduction Dans ce montage on n'étudiera l'eau, pas comme solvant mais comme réactif. Deux types de réactions : Hydratation (A+H2O = B), et hydrolyse (A + H2O = B + C). I. Hydratation 1. d'un alcène Hydratation de l'hexene-1 JFLM Barbe p32 manip : distillation, indice de réfraction, extraction/lavage carac : IR, indice de réfraction Alcynes sont plus difficiles à hydrolyser et il faudrait des catalyseurs au Mercure Remarques : • faire modop du JFLM-Barbe, mais pas dans ampoule à décanter !! • lors du lavage de la phase aqueuse il faut mettre un minimum de soude pour garder de l'alcool en phase orga 2. d'un nitrile Hydratation du benzonitrile MOI Blanchard p320 manip : filtration/lavage, Tfus carac : Tfus, CCM, IR Compétition hydratation/hydrolyse, effet α de l'ion hydroperoxyde La précipitation a lieu dès qu'on sort le ballon, donc la séparation en 2 doit se faire en phase solide (sinon le produit précipite sur les bords de la verrerie c'est dégueu). II. Hydrolyse 1. d'un dérivé d'acide Etude cinétique de l'hydrolyse de l'acétate d'éthyle manip : mélange réactifs, acquisition A=f(t) carac : UV Bayle T2 p73 2. d'un acétal Hydrolyse de l'amidon Mesplède p175 manip : lancement, un test sur le lancement et un test sur solution de préparation carac : test à l'eau iodée et Felhing Remarques : prévoir du glucose pour vérifier que le test fonctionne Conclusion On retrouve donc des hydrolyses chez le vivant. Applications des hydrolyses en fin de réaction car le produit voulu n'est pas souvent directement obtenu, et dans les clivages de groupements protecteurs. Cependant les hydrolyses seront souvent des réactions à éviter. Introduction Dans le contexte social actuel, un effort est fait afin de mettre en place des synthèses respectueuses de l'environnement, que ce soit dans l'industrie ou au laboratoire. Pour cela, 12 principes de la chimie verte ont été énoncés en 1998 par Paul Anastas et John C. Warner. I. Réaction sans solvant Chalcone manip : Lancement, Filtration, Recristallisation, CCM, IR, Tfus carac : IR, CCM, Tfus JD 90 II. Utilisation d'un catalyseur Oxydation de l’octanol en octanal JD46 + Daumarie TP p69 manip : Extraction, Indice de réfraction, IR, CPV carac : IR, CPV Recristallisation obligatoire. Impureté soluble car très peu donc on reste en dessous de la solubilité. Dire que pour les impuretés non soluble à chaud on filtre à chaud. III. Limitation du nombre d'étapes de synthèse 1. Procédé sélectif Réduction par la levure Fuxa p217 manip : extraction (émulsion), célite, CCM, polaro carac : CCM, polarimétrie, IR Beaucoup de notions : biocatalyse (enzymes, domaines de température et de pH, cofacteurs, difficulté d’extraction sans modification de l’activité). La levure de boulanger contient beaucoup de choses y compris de l’ADH, de la GDH, le cofacteur NADH (qui ne sera pas régénéré ici, d’où l’utilisation de beaucoup de levure). Au niveau de la stéréosélectivité, la réaction est énantiosélective. Cela permet d’introduire les faces ré et si de la cétone. Le catalyseur est chiral (forme complexe), le réducteur, la NADH, a une face d’attaque privilégié. 2. Réaction multicomposants Réaction de Biginelli manip : filtration, lavage, Tfus carac : IR, Tfus JCE 2001, T2, p1104 Conclusion On a vu au cours de ce montage quelques manières de faire des synthèses respectueuses de l'environnement. Exemples applicables au laboratoire qu'à l'industrie. MO 32 – Analyse de mélanges, séparation, purification en chimie organique MO 31 – Réaction de formation de liaisons CC Introduction L’existence et la variété des voies de synthèse des liaisons C-C prouve l’intérêt qui est et fut porté à ces liaisons. En effet, la synthèse en chimie organique passe souvent par une étape de création du squelette carboné qu'il est important de maîtriser. Il existe trois types de liaisons CC, simple, double et triple, aujourd'hui nous ne verrons pas les triples. I. Formation de liaison simple 1. Par action d'un organomagnésien Matsutake Gruber +Fuxa p49 manip : lancement, ajout acroléine, extraction/lavage, indice de réfraction carac : indice de réfraction, IR, CCM Introduction Analyse essentielle pour contrôler si : le bon produit est obtenu et dans le cas où le produit attendu est obtenu s'il est obtenu seul ou non. Dans ce 2e cas, il est nécessaire d'effectuer une séparation des constituants du mélange et donc de purifier le mélange et de purifier le produit d'intérêt. I. Analyse de mélanges 1. Chromatographie phase gazeuse Réduction du camphre manip : injection CPV Notion de régiosélectivité : expérimentalement, addition 1,2 Ajouter HCl jusqu'à dissolution totale des sels Garder un bain de glace Dire que éther anhydre peut être manipulé à l'air libre car pas le temps de s'hydrater. Si on arrête l'ajout sécuriser le montage. (eau froide, arrêt de l'ajout). Penser à mettre un montage à l'étuve pour faire la manipulation en double. 2. Polarimétrie Réduction du camphre manip : pouvoir rotatoire 2. Par cycloaddition Diels-Alder manip ; lancement, filtration, recristallisation,CCM carac : II. Séparation et purification en chimie organique 1. Chromatographie sur colonne Séparation des épinards manip : dépôt et élution II. Formation de liaisons doubles Chalcone manip : Lancement, lavage, Tfus carac : IR, Tfus Gruber 31 3. Chromatographie sur couche mince Séparation des épinards manip : dépôt CCM JD 17 JD 17 Daumarie p159 Daumarie p159 Commenter les UV ! JD 90 Conclusion Nous avons vu 3 manières de créer des liaisons CC mais bien sûr ce n'est pas exhaustif. La recherche tend toujours à créer ces liaisons et cela en contrôlant totalement les aspects stéréochimiques. Ouverture sur les couplages Pd PN en 2010. 2. Extraction liquide-liquide Réaction de Cannizzaro manip : ajout éther, traitement phase aqueuse carac : IR 3. Recristallisation Réaction de Cannizzaro manip : montagre recri, Tfus Blanchard p301 Blanchard p301 Conclusion Ouverture sur le monde industriel (synthèse de médicaments), techniques non abordées comme la distillation