TRAVAUX DIRIGES DE CHIMIE ORGANIQUE UE CO3b CHI 306

TRAVAUX DIRIGES DE
CHIMIE ORGANIQUE
UE CO3b
CHI 306
ANNEE 2005-2006
COURS DE:
S. GRELIER
S. NLATE
L. POUYSEGU
DERIVES HALOGENES
SUBSTITUTION NUCLEOPHILE ET ELIMINATION
1) Déterminer les configurations R/S, à la fois des réactifs et des produits, dans
les réactions SN2 suivantes.
Cl
H
a) H3C
Cl + Br
CH2CH3
c)
+
O
OCCH3
+
O
OCCH3
OH
Cl
H
b)
Cl H3C
H 3C
Br
d)
+ 2 I
H
OH
----------------------------------------2) Classer les membres de chaque groupe d’espèces ci-dessous dans l’ordre de (1)
basicité, (2) nucléophilie et (3) aptitude nucléofuge en tant que groupe partant.
Expliquer brièvement les réponses.
a) H2O
b) Br
c)
OCN
CH3CO2
HO
Cl
F
I
SCN
----------------------------------------3) Dans les réactions SN2 lentes, en particulier l'hydrolyse permettant de passer
des halogénures RCH2X aux alcools RCH2OH, on utilise une catalyse par l'iodure
de sodium.
a) Préciser le mécanisme mis en jeu.
b) Si on possède alors du (R)-1-chloro-1-deutériopropane, quelle sera la
configuration de l'alcool obtenu sans catalyse et avec catalyse par les ions
iodure ?
----------------------------------------2
4) Le bromure de tertiobutyle subit, en solution dans l'acide acétique, la réaction :
(CH3)3C Br +
CH3 CO2H
(CH3)3C OCOCH3 + H
+ Br
a) Définir le type de réaction dont il s'agit.
b) Si on ajoute de l'acétate de sodium au mélange réactionnel, dans l'acide
acétique, on constate que la vitesse de la réaction ne varie pratiquement
pas. Proposer un mécanisme en accord avec cette constatation.
c) On utilise maintenant le 3-bromo-2-méthylhexane lévogyre que l'on soumet
à la même action de l'acide acétique pur.
Proposer une méthode expérimentale simple permettant de suivre
l'avancement cinétique de la réaction.
----------------------------------------5) Le dérivé halogéné A, de configuration S , réagit avec le méthanolate de sodium
pour donner, par réaction de substitution, le composé B optiquement actif!:
Cl
CH3CH2 CH CH2CH2CH3
A
CH3O Na
B
a) Préciser s’il s’agit d’une réaction de substitution mono- ou bimoléculaire.
Justifier brièvement.
b) Que peut-on dire sur la stéréochimie de cette réaction!? Justifier
brièvement.
c) Représenter les composés A et B en projection de Fischer. Déterminer la
configuration absolue de B en nomenclature R/S.
----------------------------------------6) Soit l’équation bilan suivante!:
(CH3)3C CH2
Cl
+
CH3OH
A
OCH3
CH3 C CH2CH3 + HCl
CH3 B
a) Détailler le mécanisme permettant d’expliquer la formation de B.
b) Donner le type de la réaction
----------------------------------------3
7) Peut-on déduire des observations expérimentales suivantes les mécanismes
réactionnels mis en jeu dans les réactions observées ?
a) les composés tertiobutylés tBu-Y réagissent dans un milieu éthanol-eau à
20% en donnant : 64% d'un mélange tBuOH + tBuOEt et 36% d'isobutène
aussi bien avec Y = Cl qu'avec Y = +N(CH3)3 ou +S(CH3)2.
b) Le 2-bromo-2-méthylbutane, traité par des alcoolates dans le DMSO, donne
un mélange, en proportions variables, de 2-méthylbut-2-ène et 2-méthylbut-1ène.
CH3 CH C(CH3)2 +
CH3 CH2 C(Br)(CH3)2
a) EtOK
b) tBuOK
CH3 CH2 C(CH3)
71%
28%
CH2
29%
72%
----------------------------------------8) Le (2R,3R)-2-chloro-3-méthylpentane, traité par le tertiobutylate de potassium
dans le diméthylsulfoxyde (tBuO-/DMSO), conduit à un composé majoritaire A
accompagné d'une proportion sensible d'isomère de position B.
a) Donner la nature des produits A et B ainsi que leur stéréochimie.
b) Expliquer que le même chlorure traité par (MeO-/MeOH) conduit aux
produits A, B et C. Ce dernier produit (C) ne réagit pas avec H2 en présence
de catalyseur (Pd/C).
----------------------------------------9) On considère les quatre isomères A, B, C et D suivants :
Br
Br
A
Br
B
Br
C
D
a) Classer ces composés par ordre de réactivité croissante pour une réaction avec le
méthanol dans les conditions d'une substitution SN1. Justifier brièvement.
b) Quel sera le résultat stéréochimique à partir de A de configuration S!?
c) Lequel des quatre isomères réagirait le plus vite avec la soude dans les conditions
d'une substitution SN2 ? Justifier brièvement.
d) Quel sera le résultat stéréochimique à partir de C de configuration R!?
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e) Le chauffage avec la soude conduit également à des produits issus d'une
élimination E2. Quels produits obtient-on à partir de D et quel est le produit
majoritaire ? Justifier votre réponse.
----------------------------------------10) L’action du cyanure de sodium sur le 2-chloro-1-phénylpropane (A) de
configuration S, dans l’acétone, conduit à un produit (B). La réaction se déroule
conformément à la loi de vitesse : v = k.[RCl].[CN-].
a) Représenter la formule spatiale de (A) à l’aide de la représentation de Cram.
b) Quelle est la réaction qui est mise en jeu!? Quelle en est la conséquence
stéréochimique ?
c) Représenter la formule spatiale du produit (B) à l’aide de la représentation de
Cram. Donner sa configuration absolue.
Dans un milieu et à une température donnés, on observe pour le (S)-1-chloro-1phénylpropane une réaction plus rapide et dont la vitesse est indépendante de la
concentration en cyanure (contrairement à ce qui se produit dans les mêmes
conditions pour le (S)-2-chloro-1-phénylpropane).
d) De quel mécanisme s’agit-il!? (justifier brièvement)
e) Que peut-on prévoir quant à la stéréochimie du produit ?
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ORGANOMAGNESIENS
11) Les composés ci-après peuvent être obtenus par réaction, suivie d'hydrolyse,
d'un organomagnésien M avec un composé A . Déterminer pour chacun d'eux un
couple M/A approprié.
a) Le butan-1-ol
b) La diphénylcétone
c) Le triphénylcarbinol (triphénylméthanol)
d) L'acide benzoïque
----------------------------------------12) Le phénylbutan-2-ol peut être obtenu par réaction, suivie d'hydrolyse, d'un
organomagnésien M avec un composé A.
a) Déterminer un couple M/A approprié pour cette synthèse. Justifier.
b) Ecrire le mécanisme de la réaction mettant en jeu le couple M/A proposé.
----------------------------------------13) Proposer deux méthodes pour préparer le 1,1-diphénylpropan-1-ol.
----------------------------------------14) A partir du chlorure RCl, proposer une synthèse organomagnésienne des alcools
primaires suivants : RCH2OH, R(CH2)2OH, R(CH2)3OH.
----------------------------------------15) Quel produit obtient-on par action du bromure de phénylmagnésium sur du
butanoate d’éthyle!?
Proposer au moins une autre méthode de synthèse de ce produit.
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DERIVES OXYGENES ET SOUFRES
16)
a) Le 1-bromo-3-méthylbutane (A), le 1-bromo-2-méthylbutane (B) et le 2-bromo-3méthylbutane (C) sont soumis à l’action de la soude aqueuse à reflux dans le but
de former les alcools correspondants. (A) conduit à l’alcool attendu tandis que (B)
donne un mélange d’alcool et d’alcène et (C) uniquement un alcène.
Retracer et justifier les diverses réactions qui interviennent.
b) Que se passe-t-il si on substitue l’eau à la soude aqueuse!?
c) La méthode la plus efficace pour obtenir les alcools consiste à soumettre (A) et
(B) à l’action de l’acétate de potassium dans le DMF à chaud, puis à hydrolyser les
esters formés. Justifier ce mode opératoire.
d) Ce mode opératoire, appliqué au composé (C) de configuration S , conduit à la
formation d’un alcool de configuration unique. Quelle est cette configuration!?
Justifier ce résultat.
-----------------------------------------
17) Justifier les observations expérimentales suivantes!:
a) La formation du tertiobutylate de sodium est plus lente que celle de l’éthylate de
sodium, elle-même beaucoup plus lente que celle du phénate de sodium.
b) La préparation du méthyltertiobutyléther donne de meilleurs résultats par
addition du tertiobutylate de potassium au bromure de méthyle que par addition de
méthylate de sodium au bromure de tertiobutyle.
c) La préparation du méthyltertiobutylthioéther est au contraire plus facile à
partir du bromure de tertiobutyle qu’à partir du bromure de méthyle.
d) Les thioalcools sont plus acides que les alcools correspondants et les
thioalcoolates, à l’inverse des alcoolates, peuvent être préparés par action des
bases alcalines aqueuses sur les thioalcools.
-----------------------------------------
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18) Compléter toutes les cases (produit ou réactif) des réactions de transformation
du n-pentanol :
PBr3
Cl
Na2Cr2O7, H2SO4, H2O
OH
O
H
CH3COCl, pyridine
-----------------------------------------
19)
a) Quel composé obtient-on lorsqu’on traite, à chaud, par la soude aqueuse en
présence de 1-bromopropane, un mélange équimolaire de phénol et de cyclohexanol!?
Justifier.
b) Le phénol réagit avec le méthanal, en milieu basique dilué, pour donner un mélange
de composés aromatiques dihydroxylés. Quels sont ces composés!?
-----------------------------------------
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20) Ecrire la formule du (des) produit(s) auquel (auxquels) on peut s’attendre le plus
vraisemblablement dans chacune des réactions suivantes. Justifier.
CH2OH
H2SO4 conc.
a)
180 °C
b)
CH3 CH2 CH2 Cl +
c)
CH3 CH2 CH2 O
CH3
O
CH2 CH CH2 CH3
Cl
+ CH3 CH2 CH CH2 CH3
O
d)
DMSO
HMPA
OCH3
+ CH3I
DMSO
----------------------------------------21) Le citronellol (A) peut présenter la conformation suivante!:
A
OH
a) Quel est son nom en nomenclature systématique!?
b) Des alcools, isomères entre eux, se distinguent du citronellol par la présence
d’une seconde double liaison mais avec le même squelette!: le géraniol (B) est un
D2,3 citronellol de configuration E , le nérol (C ) est un D 2,3 citronellol de
configuration Z , le linalol (D) est un isomère de position du nérol qui porte un
méthyle et un hydroxyle en position 3.
Identifier et représenter ces 3 alcools monoterpéniques issus du raisin et
responsables avec le citronellol de l’arôme caractéristique des muscats et du
Riesling.
c) Montrer qu’on peut facilement passer, en milieu acide, du nérol au géraniol et au
linalol. Retracer ces conversions.
d) Lors du vieillissement du Riesling en bouteille, on constate une diminution des
concentrations des 4 composés (A), (B), (C) et (D) et l’apparition avec le temps de
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leurs composés homologues oxygénés (A’), (B’), (C’) et (D’), obtenus par addition
d’eau sur la double liaison gem-diméthylée des 4 composés initiaux.
Préciser les structures (A’), (B’), (C’), (D’) et leur mode de formation respectif à
partir de (A), (B), (C) et (D) sachant que le pH du Riesling est voisin de 4.
----------------------------------------22) Proposer une synthèse de la molécule (A) en choisissant des réactifs simples.
Les lignes ondulées indiquent les positions recommandées pour former les liaisons
carbone-carbone.
CH3
CH3CH2CH2
A
C
CHO
CH2CH3
----------------------------------------23) L’ail fraîchement haché contient de l’allicine, composé responsable de la
véritable odeur alliacée. L’allicine présente également des
propriétés
antibactériennes notoires et semble efficace pour limiter le niveau de
cholestérolémie chez les animaux soumis à un régime riche en cholestérol.
Proposer une synthèse simple du disulfure (A), précurseur de l’allicine, à partir du
3-chloropropène.
H2C CH CH2 S S CH2 CH CH2
A
H2O2 (1 equiv)
H2C CH CH2
O
S S CH2 CH CH2
allicine
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DERIVES AZOTES
24) Attribuer la classe (primaire, secondaire, tertiaire) de chacune des amines
suivantes!:
H
CH2
CH2CH3
N
CH CH3
N
H
apéténil
(un anorexigène = pilule de régime)
coniine
(extraite de la ciguë, toxique)
Ph CO2CH2CH3
NH2
N
CH3
péthidine
(analgésique)
HO
OH
dopamine
(neurotransmetteur)
----------------------------------------25) Ecrire les structures des alcènes qui sont susceptibles d’être produits lors de
l’élimination d’Hofmann au niveau de chacune des amines suivantes :
NH2
CH CH2CH3
a)
NH2
b)
----------------------------------------26)
a) Ecrire un mécanisme détaillé pour expliquer la diazotation de l’aniline PhNH2 en
présence de HCl et de NaNO2, ainsi qu’un mécanisme plausible pour sa
transformation en iodobenzène à la suite d’un traitement par une solution aqueuse
d’iodure de potassium.
b) Quel composé obtient-on en remplaçant KI par CuCN!?
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REVISIONS
27) Le (3S,4S)-3-bromo-3,4-diméthylhexane (A) traité par l’éthanolate de sodium
(EtONa) dans l’éthanol conduit à un mélange, optiquement actif, de trois produits
principaux B, C et D.
Le composé majoritaire B contient une double liaison et se forme via une réaction
qui se déroule conformément à la loi de vitesse!: vB = k1 ¥ [A] ¥ [EtONa].
Les deux composés minoritaires C et D contiennent une fonction éther-oxyde et
sont obtenus par une réaction qui se déroule selon la loi de vitesse!: vC/D = k2 ¥ [A].
a) Représenter A en projection de Fischer.
b) Expliquer le mécanisme de formation de B. Donner sa structure.
c) Expliquer le mécanisme de formation de C et D. Donner leurs structures
respectives en projection de Fischer.
d) Expliquer pourquoi le mélange obtenu (composés B, C et D) est optiquement
actif.
----------------------------------------28) A partir du toluène comme seul produit organique et de tous les produits
minéraux nécessaires proposer la synthèse la plus efficace permettant de
préparer :
a) Le bromure de benzyle
b) Le phénylacétonitrile
c) L'alcool benzylique
d) Le dibenzyléther
-----------------------------------------
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29) Proposer les réactifs (catalyseur et solvants si nécessaires) des réactions a-g
qui permettent d'effectuer la synthèse suivante :
OH
t-Bu
OMe
OMe
Me
a)
t-Bu
Me
b)
t-Bu
OMe
Me
t-Bu
c)
Me
Br
d)
MeO
Me
HO2C
Me
Me
MeO
e)
t-Bu
Br
TsCl, pyridine MeO
CaBr2
t-Bu
HO
t-Bu
SOCl2
MeO
Me
ClOC
t-Bu
Me
f)
MeO
Me Ph OH
O
MeO
g)
t-Bu
t-Bu
----------------------------------------30) Donner le nom des deux réactions suivantes et compléter toutes les cases
(produit ou réactif) :
I
a)
NH2
HNO2
H2SO4
CH3
+ 2 H2O
CH3
D
KCN
Nom de la réaction :
13
b)
NH2
CH3I (excès)
Ag2O / H2O
- AgI
D
Nom de la réaction :
+ N(CH3)3
+ H2O
----------------------------------------31) A partir du cyclohexanol proposer une synthèse des composés suivants. Vous
préciserez tous les réactifs organiques et inorganiques nécessaires. Certaines
synthèses peuvent nécessiter plusieurs étapes.
O
HOOC
a)
b)
Br
HOOC
h)
OH
HOOC
c)
g)
d)
CH3
H3C
e)
HO
f)
H3C
CH
H3C
-----------------------------------------
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32) Synthèse de l’Inapétyl (dérivé de l’amphétamine, utilisé pour restreindre
l’appétit). Compléter toutes les cases (produit ou réactif).
1
AlCl3
+
CH3
Cl2
2
UV
Et2O
CH2Cl
Mg
3
2) H2O / H+
1)
4
O
OH
CH2
CH
CH2
CH3
C
CH3
NH2-CH3
6
5
CH3
HN
CH2
CH
CH3
H2 0 +
7
CH2
CH3
N
CH2
pyridine
CH
CH3
Inapétyl
15