Les dérivés d'acide I_ Généralités A. Les esters O R C O R' 1) Généralités Ces composés sont très présents dans la nature, notamment dans les graisses et les cires. On utilise fréquemment les esters dans l'industrie car ils sont assez stables ( pratiques pour la transport et la manipulation ). On les utilise aussi pour leurs propriétés de solvant organique et de précurseurs d'un acide carboxylique. 2) Nomenclature R et R' l Chaîne aliphatique : alcanoate de alkyle l Chaîne cyclique : alkyl-oxycarbonyl-cyclohexane 3) Propriétés physico-chimiques Les esters sont polaires, mais ils ne peuvent pas former de liaison hydrogène. Ils possèdent donc une température d'ébullition assez basse. De plus, cela les rend insolubles dans l'eau. Les esters absorbent la lumière de 1735 à 1750 cm-1. B. Anhydrides d'acide R O O C C O R' 1) Anhydrides à connaître O O O O Anhydride succinique O O O Anhydride maléique O O Anhydride phtalique 2) Propriétés physico-chimiques Les anhydrides absorbent la lumière de 1800 à 1850 et de 1740 à 1790 cm-1. C. Chlorures d'acide O R C Cl 1) Nomenclature Dans la nomenclature officielle, un chlorure d'acide est normalement appelé chlorure d'alcanoyle. Ce groupement n'est pas prioritaire, dans ce cas on l'appelle chloroformyl-alcane. 2) Propriétés physico-chimiques Les chlorures d'acide absorbent la lumière de 1780 à 1850 cm-1. D. A m i d e s O C R' R N R'' 1) Généralités On retrouve des amides dans les protéines, ce qui en fait une fonction très répandue dans la nature, étant présente dans tous les êtres vivants et en grande quantité. On l'utilise industriellement comme solvant, notamment le DMF ( DiMéthylFormamide ). CH3 H N C DMF CH3 O 2) Nomenclature Groupement(s) sur N, chaîne du côté de C=O. l Amide prioritaire : N-alkyl-alcanamide l Amide non prioritaire : (N-alkyl)carbanoyl-alcane l Lactones : Azacycloalcan-2-one 3) Propriétés physico-chimiques Les amides tertiaires ne disposent pas d'atome d'hydrogène sur l'azote, leurs propriétés chimiques sont donc assez différentes des autres amides. Ils peuvent former plusieurs liaisons hydrogènes, leur température d'ébullition est donc relativement élevée. Les amides absorbent la lumière de 1630 à 1690 cm-1. E. Nitriles R C N 1) Nomenclature alcanenitrile 2) Propriétés physico-chimiques Les nitriles absorbent la lumière autour de 2250 cm-1. II_ Réactivité A. Particularités chimiques Effets mésomères : H Esters Acide faible Addition nucléophiles possibles C O C O R' R C O R' N R' Le H n'est plus présent, C R R ? O Amides caractère acide fortement diminué. R Base forte C O R' N Activation possible R C H par un acide de Lewis O OH B. Acylation 1) Acylation par des alcools ( estérification ) l Mécanisme simple : δ R O δ - OH + R' δ H R + Cl Cl O O H R Addition R' O O Élimination R' Cl Réaction acide/base O R O R' + HCl l Mécanisme en présence d'une base organique ( la pyridine ) : O O N R R' R' R Addition puis élimination Cl H OH O N R O Addition puis élimination N O R' Base plus forte que Cl plus rapide Activation de la réaction plus rapide O Réaction acide/base R' - La réaction est plus rapide en présence d'une base. La réaction est rapide et totale avec du méthanol. C'est une bonne solution pour protéger un acide ou un alcool. Lorsque l'on utilise une base aqueuse, telle que la soude, on observe deux phases. Il faut utiliser alors un agent de transfert de phase, c'est-à-dire une molécule qui peut passer d'une phase à l'autre. l Anhydride d'acide : O O O O ∆ (110°C) O + H OH O O OH O O Pas de deuxième estérification, sauf si catalyse H+ l Transestérification : Catalyse acide O O H+, ∆ R + R''—OH O R Réaction équilibrée R' Il est possible de déplacer l'équilibre en faisant évaporer un des alcools ( seulement avec le méthanol, et parfois avec l'éthanol ). Catalyse basique O R O R'' O OH-, ∆ R''—O + + R'—OH Na R Réaction plus favorable R' R'—O + R'' Car l'alcoolate est plus nucléophile que l'alcool. Attention le caractère nucléophile est atténué si R'' est encombré 2) Acylation des amines ( amidification ) O R' R N + Y Y = chlorure d'acide, ester ou anhydride O R'' H R'' R N R' Na O Le mécanisme est semblable à l'estérification. Cette réaction est très difficile directement sur un acide carboxylique. On utilisera préférentiellement un chlorure d'acide. Ce mécanisme permet de protéger une amine ou de l'activer. 3) Anhydrides d'acide O O R O R' + R R' Cl O O O O ∆, P2O5 2 R + NaCl Caractère électrophile important Na Carboxylate beaucoup plus nucléophile O O R R Desséchant OH O 4) Nitriles Un nitrile peut être formé à partir d'un dérivé halogéné. R X K C N R C N SN2 Un nitrile peut aussi se fixer sur une cétone. H OH O H C N + R C N R R' R' Retour possible en C N R R' OH milieu basique Enfin on peut préparer un nitrile à partir d'un acide carboxylique, mais il faut d'abord préparer l'acide. O O O SOCl2 NH3 ∆, P2O5 R R R R C N OH Cl NH2 5) Réarrangement de Beckman l Production d'un oxime H O O R + H2N R O R' OH H R NH2 OH R' N OH R' H R OH R N N OH R' Oxime R' OH Si c'est une cétone : formation d'un amide Groupement en anti de H2O. R H R N R' R H N OH H O N O R' R H N R' H R' O H H O HO NH Amide R N R' Si c'est un aldéhyde : formation d'un nitrile R R R' R N H OH H N R O H H C N H D. Réactions avec les organomagnésiens 1) Sur des chlorures d'acide, esters ou anhydrides MgX O CH3 R O MgX Addition puis élimination + Y Encore plus réactif R H3O+ O Réagit tout de suite R CH3 CH3 R CH3 Y = Cl, OR' ou OCOR' Pas d'hydrogène acide OH CH3 CH3 2) Sur des nitriles H R C N + CH3 N MgX MgX H2O NH R R O H NH2 R O H H NH3 O R H Imine H+/H2O R O NH2 R O H 3) Sur des amides On n'observe qu'une réaction acide/base avec des amines primaires ou secondaires. Avec une amine tertiaire : Espèce assez stable en phase organique O R1 N R + CH3 Hémiaminal peu stable R1 MgX R H2O N R2 R1 R N R2 R2 O Amine tertiaire Pas d'hydrogène acide O H MgX R R1 O + HN R2 E . Ré d u c t i o n 1) Par LiAlH4 l Sur des chlorures d'acide, esters ou anhydrides O Li O Et2O R R H Y Y = Cl, OR', OCOR' Pas d'hydrogène acide H Al Li O H R R—CH2—O H H Y H Li Encore plus réactif H3O+ H Al H H H l Sur des amides O R1 R R N LiAlH4 Et2O R2 l Sur des nitriles LiAlH4 C N R Et2O R1 R N R2 NH2 2) Par les métaux Il faut un métal soluble ( ex : Na0 ). En fonction du solvant, le produit sera différent. l Réaction de Bouveault-Blanc ( en solvant protique ) R—CH2—OH O Na R O e R Et—OH R' O OH Et—O—H Na OH e R O R O—R' O—R' R O—R' O—R' Encore plus réactif R O R OH H l Condensation acyloïne ( en solvant aprotique ) O Na R O e R Xylène ou O Duplication Na Na O R R' toluène OR' O O OH R R R OR' O H3O O + R'O R R'O O Na O O e O + R R R R R 3) Par H2/cat l Dihydrogène pur O H2 R R OH Cette réaction est excessivement difficile, elle ne s'effectue que dans des conditions très dures. ∆, haute pression Y Y = Cl, OR', OCOR', NR1R2 l Sur un nitrile R C H2 N R OH Réaction très facile Pt Pd/c Ni Raney l Sur un chlorure d'acide, avec certains désagréments … O O H2 R Cl R Pd/BoSO4 H Produit toxique très dangereux F. Réarrangements 1) Réarrangement de Hofmann O R O NaOH O Br—Br R NH2 R NH Na R NH + Na O NaOH Br Br N Na Br O O H H2O O C N R R O N NH Isocyanate R Très réactif + Na Br Décarboxylation R—NH2 + CO2 2) Réarrangement de Curtius O Addition puis élimination O Na R Cl N3 O R R Les espèces de cette réaction sont toutes très réactives. N N N N N N Réaction facile et totale O O C N R R + N2 N Isocyanate Très réactif L'isocyanate peut ensuite être utilisé dans une autre réaction. On l'hydrolyse souvent pour obtenir l'amine correspondante. Il réagit aussi avec les alcools et les amines. 3) Réaction de Schmidt C'est la même réaction que le réarrangement de Curtius, mais en utilisant à la place directement l'acide carboxylique. Cette réaction est moins facile car l'acide carboxylique est moins électrophile que le chlorure d'acide. Il vaut mieux le convertir d'abord pour effectuer un réarrangement de Curtius. 4) Réaction de Arnst-Eistert Diazométhane Bon nucléophile et bonne base O O CH2 R Cl N N O R CH2—N2 N Addition puis élimination H N R N Réaction acide/base N très acide OH R O H2O Ou R'OH pour un ester Ou R'NH2 pour un amide R CH C Cétène On obtient le même acide qu'au départ mais avec un carbone de plus. O + N2 G. Réaction de Ritter 1) Alcènes et nitriles Cette réaction permet de préparer des amines primaires encombrées. H+ R C N R C N R C N O H O H3N H O H3O+ OH + NH ∆ R R C N R OH Tertbutylamine 2) Réaction Pinner H R' O R C R'—OH N + H R C R' O NH R C O NH2 H+/H2O R ∆ O Conditions très dures R' + NH4+ Réaction possible qu'avec catalyse acide H. Ré a c t i o n e n α 1) Énolates d'ester Acide faible Réaction acide/base H O R Centre électrophile R' O Base forte non nucléophile O R' O R R' R O lithiens encombrés LDA Alcoolate encombré NaH O Énolate d'ester Remarque : On peut faciliter la réaction en ajoutant dans le milieu une espèce pour capturer H ( un halogénure par exemple ). 2) Réaction de condensation de Claisen Réaction acide/base O O EtO O O Na O ∆ O O Réaction équilibrée Besoin de déplacer l'équilibre ( évaporer l'alcool ) EtO Na Réaction acide/base O O O O O H Très acide O O O O O O O β-cétoester H2O O O Na l Cyclisation de Dieckmann O O O O O O EtONa O Réaction acide/base O O Possibilité de réaction intermoléculaire Dilution pour l'éviter O O 3) Réaction de Thorpe R1 R1 C Base N R2 C R1 C N N N R1 H2O R2 CN R2 R2 R1 R2 R1 R2 Décarboxylation O R2 OH H3O+, ∆ Conditions fortes R1 R2 CN TBu—OH CN Conditions douces NH CN TBu—OK R2 O R1 l Cyclisation de Thorpe-Ziegler CN R1 R2 R1 R2 R2 R2 H3O+ CN O CN O R1 R1 NH R1 CN 4) Halogénation l Acide O R O OH H+ R' Br O Br2 R O R' R O R' l Basique O R O O OHR' O Br O Br2 R O R' R O R' R O R' 5) α-alkylation O Très acide O O O H O O EtONa EtOH O O O Halogénure primaire R—X R SN2 H O O Malonate de diéthyle O H3O+, ∆ O O R R OH O + CO2 OH OH R Réaction facile H O HO La création d'un acide avec deux carbones en plus à partir d'un halogénure est possible : R—X Synthèse malonique R—CH2—COOH O R Moins acide, peut ne réagir qu'une foie O O O R