fin du chapitre RMgX

Les organomagnésiens mixtes :
I)
Présentation générale :
II)
Propriétés basiques (au sens de Brönsted) :
1. Réaction générale sur tous les composés à H mobiles :
Rappel : une base est d’autant plus forte, c’est-à-dire capable de capter un proton que son pKA est élevé.
pKA(RMgX/RH) ≈ 40
Tout composé AH dont un H est mobile est par définition un acide de Brönsted. Si son pKA est plus petit que
celui du RMgX il réagit avec celui-ci selon :
AH + RMgX → RH + « A-MgX »
Rq : Le compose “A-MgX” n’est pas forcément stable.
Ex :
Ph − MgX + CH 3OH
→
Ph − H + CH 3 O − MgX
Exemples de valeurs pKA :
Couple acido-basique
Ordre de grandeur du pKa
RCOOH/RCOO-
H2O/HO-
ROH/RO-
RNH2/RNH-
5
14
17
33
Conséquences :
L’organomagnésien ne doit pas être mis en contact avec un composé à H mobile : eau, alcool, amine… sinon il est détruit.
C’est pourquoi on opère dans une verrerie parfaitement sèche et avec des solvants anhydres
2. Préparation des organomagnésiens acétyléniques et vinyliques :
Valeurs des pKA :
pKA( RC≡C-/RC≡CH) ≈ 26
pKA( RCH=CH-/RCH=CH2) ≈ 35
Préparation :
La réaction d’un dérivé acétylénique halogéné sur le magnésium est difficile. Pour obtenir
l’organomagnésien on fait réagir un dérivé acétylénique sur un autre organomagnésien selon :
RC≡CH+ R’MgX→ RC≡CMgX + R’H
De la même façon pour les dérivés vinyliques :
RCH=CH2 + R’MgX→ RCH=CHMgX + R’H
La réaction est totale dans les 2 cas d’après la différence de pKA
.
3. Hydrolyse :
Toute synthèse magnésienne se termine par une hydrolyse. La réaction acido-basique avec l’eau est totale
R − MgX + H − O − H
→
R − H + " HO − MgX "
:
En fait « HO-MgX » n’existe pas. Il se forme en réalité :
En milieu basique :
1
1
R − MgX ( aq ) + H 2 O( l ) 
→ R − H + Mg (OH ) 2 ( s ) + Mg 2+ ( aq ) + X − ( aq )
2
2
En milieu acide :
R − MgX ( aq ) + H 3O + ( aq ) 
→ R − H + Mg 2+ ( aq ) + X − ( aq ) + H 2 O(l )
En fin de synthèse, on réalise donc le plus souvent une hydrolyse acide pour n’obtenir que des espèces solubles.
III)
Additions nucléophiles :
Def :
Le réactif s’ajoute sur le substrat sans qu’il y ait départ d’un autre groupe du substrat.
1. AN sur les dérivés carbonylés (aldéhydes et cétones) :
Bilan général :
O
R MgX
organomagnésien
1
2
R
R OH
1/ Et2O
+
R
2/ hydrolyse acide
1
R
dérivé carbonylé
2
R
alcool
Exemple :
O
1)
, Et2O
r = 90 %
MgBr
2) H2O, H
OH
+
Classe de l’alcool obtenu :
O
R-MgX +
RCH2OH
H
alcool primaire
H
méthanal
O
R-MgX +
HCR
R'
OH
alcool secondaire
OH
alcool tertiaire
H
R'
aldéhyde
R''
O
R-MgX +
R'
Structure du groupe carbonyle :
H3CR
R''
R'
O
aldéhyde
δ+
δ−
R
R'
La double liaison impose que le groupe carbonyle est plan (AX3 en VSEPR).
Le carbone porte une charge partielle positive : c’est un site électrophile.
Mécanisme :
Attaque nucléophile :
Br
O
+
Mg Br
+
Mg
O
Et2O
+
nucléophile
électrophile
Hydrolyse acide :
O
Mg Br
+
O
NH4+, Cl-
+
H
2+
H
OH2
+ Mg +
Br
Stéréosélectivité :
Le dérivé carbonylé est plan, l’organomagnésien s’additionne de manière équiprobable sur l’une et l’autre de ses
faces et l’on obtient un mélange racémique. La réaction n’est pas stéréosélective
2. AN sur les dérivés d’acides :
Dérivés d’acides concernés :
O
O
ester
chlorure d'acyle
anhydride d'acide
O
O
R'
R
O
R
cl
R
O
R
O
formule générale :
Entourer
le
chaque cas.
groupe
R
Z
avec Z un bon groupe partant
partant Z dans
Rq : on utilise pas les acides carboxyliques avec des RMgX car ils ont un H mobile et réagiraient de manière
acido-basique selon :
RMgX + R’COOH → RH + R’COOMgX
Bilan général :
On observe une double addition d’organomagnésien sur le dérivé d’acide et on obtient un alcool tertiaire.
2 R MgX
organomagnésien
O
R'
Z
2/ hydrolyse acide
dérivé avec Z, groupe partant
-Z = -OR'' ou -Cl ou OCOR"
Exemple :
HO R
1/ Et2O
+
R'
R
alcool tertiaire
Le groupement -Z est éliminé comme sous-produit
O
2 Ph MgBr +
Ph
OH
1/ éther Et2O
Ph
2/ NH4+,Cl-,H2O
O
+ HO
Ph
sous-produit
(90%)
Ph
Mécanisme :
Il s’agit d’un mécanisme par addition-élimination (AN + E) très fréquent avec les dérivés d’acide et qui sera revu
en 2ème année.
1ère réaction : AN+E
1ère étape : 1ère AN
δ−
O
Ph MgBr
O
δ+
+
Ph
Ph
Ph
O
MgBr
O
2ème étape : élimination
MgBr
O
Ph
Ph
O
BrMg O
+
O
Ph
Ph
On a formé une cétone intermédiaire : l’organomagnésien peut réagir dessus
3ème étape : 2ème AN
O MgBr
O
Ph MgBr
+
Ph
Ph
Ph
Ph
Ph
2ème réaction : hydrolyse
1 seule étape : hydrolyse
O MgBr
Ph
Ph
+
O
H
Ph
Ph
Ph
H
+ Mg2+
+
Br-
Ph
Chimiosélectivité :
Si on utilise qu’un seul équivalent d’organomagnésien par dérivé d’acide (c-à-d 1 mol de chacun des 2 réactifs),
que se passe-t-il ?
La réaction est chimiosélective : RMgX réagit préférentiellement sur une fonction chimique dans l’ordre :
RCOCl > cétone >ester
[> : plus réactif que]
Csq :
Avec un chlorure d’acyle on peut s’arrêter au stade de la cétone en travaillant à basse température :
O
MgBr +
1/ THF, -78°C
O
(90%)
Cl 2/ hydrolyse
Avec un ester, on forme intermédiairement une cétone qui est plus réactive : la double addition a
toujours lieu.
3. AN sur le dioxyde de carbone CO2 :
Bilan général :
La réaction permet d’ajouter un unique carbone à la chaîne carbonée
1/ CO2
R MgX
R CO2H
acide carboxylique
2/ hydrolyse acide
organomagnésien
Intérêt : ajout d’un seul C dans la chaîne carbonée
Mécanisme :
Addition nucléophile :
MgCl
O
C
O
+
O
C
O MgCl
Hydrolyse :
O
C
MgCl
O
O
+
H
C
O
H
+ Mg2+ +
Cl-
4. AN sur les nitriles :
Bilan général :
R MgX
R'
+
organomagnésien
1/ éther Et2O
C N
+
2/ H ,H2O,
nitrile
R
O
C
cétone
R'
On obtient une cétone à partir d’un nitrile.
Mécanisme :
Addition nucléophile :
R MgBr
+
C
BrMg
N
N
C
R
Hydrolyse :
1ère étape : formation d’une imine
BrMg
N
+
R
Etapes suivantes : formation de la cétone
H
N
H
+ Mg2+ +
Ph
Br-
H
H
N
+
R'
H
H
H
N
protonation
R
R'
R'
R
H N H +
H
O
R'
R
O
R'
R
H
prototropie
O
H
R
O
H
H
H N H
R'
H
H
AN
H
N
R'
N
R
H
O
H
H
+ H+
R
Toutes ces étapes sont renversables. L’équilibre est toutefois en faveur de la cétone.
Rq : la cétone formée ne peut évidemment pas réagir à nouveau avec RMgX car celui-ci a été hydrolysé !
IV)
Substitutions nucléophiles :
Def : au cours d’une réaction de substitution, le réactif va remplacer un groupe du substrat qui va donc partir
1. Ouverture d’époxyde :
Qu’est-ce qu’un époxyde ?
Ils ont pour formule générale
O
R1
R2
Bilan général :
R
R3 4
O
1)
R'
, Et2O
R
RMgX
OH
+
2) H2O, H
Mécanisme :
Substitution nucléophile :
R'
δ−
MgX
+
δ+
O
R
δ'+
OMgX
R'
R'
Hydrolyse
R
+
OMgX + H
R'
R
OH
R'
+ Mg2+ + X-
Régiosélectivité :
L’attaque de l’organomagnésien se fait préférentiellement sur le carbone le moins enombré.
2. Couplage de Würtz
Bilan :
RMgX + R’X→ R-R’ + MgX2
Cette réaction n’est pas utilisée en synthèse car elle donne rarement de bons rendements, mais elle constitue une
réaction parasite dans la préparation de l’organomagnésien. Dans ce dernier cas, elle s’appelle couplage de
Würtz :
RMgX + RX→ R-R + MgX2
Csq :
C‘est pour éviter cette réaction parasite que le dérivé halogéné RX est toujours versé goutte à goutte et que le
magnésium est en excès lors de la préparation de l’organomagnésien.