LES RÉACTIONS D`ADDITION NUCLÉOPHILE SUR LE
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Pr Hatem BEN ROMDHANE Faculté des Sciences de Tunis Les additions nucléophiles Les mécanismes réactionnels LES RÉACTIONS D'ADDITION NUCLÉOPHILE SUR LE GROUPEMENT CARBONYLE 1- INTRODUCTION Grâce à sa structure bien polarisée, le groupement carbonyle peut subir des additions nucléophiles sur le carbone. +δ −δ + − C O C O La réaction peut être complétée par une hydrolyse acide pour donner un alcool. - Réactivité des carbonyles : D'une manière générale les aldéhydes sont plus réactifs que les cétones dans les additions nucléophiles: méthanal aldéhyde cétone Réactivité croissante Maintenant si on compare les cétones, plus elles sont encombrées et plus l'accès au nucléophile est rendu difficile: Réactivité croissante Les Cahiers de Chimie Organique pour les Étudiants en Licences fondamentales ou appliquées Page 1 – CAHIER 4 Pr Hatem BEN ROMDHANE Faculté des Sciences de Tunis Les réactions d’addition nucléophile Les mécanismes réactionnels Attaque des deux faces du carbone sp2 Stéréochimie : Nu (1) (1) C O C O Nu + - H2O/H C OH C OH +δ −δ Nu C O (2) (2) - H2O/H + Nu Nu Si le carbonyle porte deux groupements différents et qui diffèrent également de la structure du nucléophile, on aboutit à un mélange racémique de deux énantiomères. 2 – ACTION DES HYDRURES (:H\) Il s'agit de la réduction de la fonction carbonyle en alcool . Schéma général: H ¾ Hydrure de lithium et d'aluminium : LiAlH4 H Al - H Li + H Quand LiAlH4 est utilisé dans un milieu anhydre et aprotique, il peut réduire les aldéhydes en alcools primaires et les cétones en alcools secondaires. Exemples : 4 CH 3 C H 2) H2 O / H O 4 CH3 C 1) LiAlH4 / Et2O CH3 O + 1) LiAlH4 / Et2 O 2) H2 O / H + 4 CH3 CH2 OH 4 CH 3 CH CH 3 OH Remarque : l'action de LiAlH4 sur l'eau est violente et exothermique LiAlH4 (sd) + 4 H2O 4 H2 (gaz) + Li⊕ + OH\ + Al(OH)3 (sd) Les Cahiers de Chimie Organique pour les Étudiants en Licences fondamentales ou appliquées Page 2 – CAHIER 4 Pr Hatem BEN ROMDHANE Faculté des Sciences de Tunis Les additions nucléophiles Les mécanismes réactionnels H ¾ Borohydrure de sodium : NaBH4 H B - H Na + H Réducteur plus doux que LiAlH4, peut être employé en milieu hydroalcoolique pour effectuer les mêmes réductions Exemple : CH3 CH3 1) NaBH4 / EtOH 4 CH3 CH CH2 C CH3 4 CH3 C CH2 C CH3 + 2) H2 O / H CH OH CH O 3 3 3 – ACTION DES ORGANOMÉTALLIQUES Les liaisons carbone-métal sont polarisées. Avec le magnésium ou le lithium, ces liaisons peuvent se rompre hétérolytiquement et donner des carbanions pouvant s'additionner sur des groupements carbonyles. –δ +δ ⊕ ⎯\ C MgX réagit comme C + MgX ¾ Les organomagnésiens Ils se préparent à partir de composés halogénés R-X (X = Cl, Br ou iode), et de magnésium dans des solvants éthérés comme le diéthyléther ou le tétrahydrofuranne (THF). +δ −δ C X + Mg −δ +δ C Mg X Solvants: H3C CH3 ou O O Pour cette réaction, on utilise les éthers comme solvants pour les raisons suivantes : − ils stabilisent le magnésien formé par complexation − ils rendent le magnésien plus soluble dans le milieu O O Mg R X Exemples de quelques réactions de préparation d'organomagnésiens : - R : groupement alkyle H3C CH2 Br + Mg Et-O-Et 30°C −δ H3C CH2 +δ Mg Bromure d'éthylmagnésium Les Cahiers de Chimie Organique pour les Étudiants en Licences fondamentales ou appliquées Page 3 Br – CAHIER 4 Pr Hatem BEN ROMDHANE Faculté des Sciences de Tunis Les réactions d’addition nucléophile Les mécanismes réactionnels - R : groupement phényle −δ +δ Et-O-Et I + Mg Mg I 30°C iodure de phénylmagnésium - R : groupement vinyle H2C CH −δ THF Cl + Mg H2C 60°C +δ CH Mg Cl chlorure de vinylmagnésium - Quand R est un groupement éthynyle, le magnésien est préparé indirectement à partir d'alcynes vrais de formule R – C ≡ C- H 1 ère étape : ème 2 étape : H3C CH2 −δ Br + Mg H3C +δ CH2 Mg Br 30°C +δ H3C CH2 −δ Et-O-Et Mg Br + R C C H Et-O-Et −δ +δ R C 30°C C Mg Br + H3C CH3 Remarques : Étant des carbanions, les organomagnésiens se comportent en tant que bases avec tous les groupements à protons mobiles comme : -OH, -SH, -NH … Des solvants comme : l'eau (H2O) et les alcools (R-OH) ne peuvent pas être utilisés pour ce type de réaction Les solvants éthérés doivent être anhydres, des traces d'humidité risquent de détruire le magnésien : R-MgX + H2O R-H + ½ MgX2 + ½ Mg(OH)2 Pour des substrats difonctionnels à protons mobiles comme : HO–CH2-CH2-CH2-Br , on ne peut pas préparer les magnésiens correspondants. ¾ Les organolithiens Ils se préparent à partir de composés halogénés R-X (X = Cl, Br ou iode), et de lithium dans le diéthyléther comme solvant. −δ C +δ −δ C X + 2 Li +δ Li + LiX Les Cahiers de Chimie Organique pour les Étudiants en Licences fondamentales ou appliquées Page 4 – CAHIER 4 Pr Hatem BEN ROMDHANE Faculté des Sciences de Tunis Les additions nucléophiles Les mécanismes réactionnels Exemples de quelques réactions de préparation d'organolithiens Exemple 1: −δ Et-O-Et n-Bu Br + 2 Li n-Bu -10°C Exemple 2: +δ + LiBr Li butyllithium −δ +δ Et-O-Et Br + 2 Li + Li LiBr 30°C phényllithium ¾ Action des organomagnésiens sur les carbonyles Dans ce cours, on se limitera uniquement à l'action des organomagnésiens sur les carbonyles. Schéma général: −δ +δ R : MgX +δ −δ C O R - + O MgX C H2 O / H + R C O H + 1/2 MgX2 + 1/2 Mg(OH)2 Bilan des additions nucléophiles de R-MgX sur le groupe carbonyle : H H C O H méthanal R—MgX + R1 R R1 C O R R2 C - + O MgX H R1 C O cétone - + O MgX H H aldéhyde R1 C R C - + O MgX R2 H2O / H + - 1/2 MgX 2 - 1/2 Mg(OH)2 + H2O / H - 1/2 MgX 2 - 1/2 Mg(OH)2 + H2O / H - 1/2 MgX 2 - 1/2 Mg(OH)2 R alcool primaire R1 R CHOH alcool secondaire R1 R C OH R2 alcool tertiaire Les Cahiers de Chimie Organique pour les Étudiants en Licences fondamentales ou appliquées Page 5 CH2 OH – CAHIER 4 Pr Hatem BEN ROMDHANE Faculté des Sciences de Tunis R1 C Les réactions d’addition nucléophile Les mécanismes réactionnels R1 O R ester OR' C - + O MgX OR' R C - R'OMgX R1 C R1 O R Cl chlorure d'acyle C - + O MgX Cl C - MgXCl O C R1 O R C dioxyde de carbone - + O MgX R alcool tertiaire contenant deux fois le radical du magésien 1) RMgX + O H2O / H C OH 2) H2O / H - 1/2 MgX 2 - 1/2 Mg(OH)2 instable se réarrange en cétone O R + O R 1) RMgX 2) H2O / H - 1/2 MgX 2 - 1/2 Mg(OH)2 instable se réarrange en cétone R—MgX + R1 R1 + - 1/2 MgX 2 - 1/2 Mg(OH)2 O R C OH acide carboxylique Remarque: Concernant les esters et les chlorures d'acide, pour s'arrêter à l'étape de la cétone il faudra opérer à basse température : -80°C. ¾ Action des organométalliques sur les carbonyles α,β - insaturés Les composés carbonylés α,β - insaturés possèdent deux sites électrophiles où le nucléophile peut d'additionner: Il en résulte 2 types d'addition nucléophile : - une addition 1,2 - et une addition 1,4 Les Cahiers de Chimie Organique pour les Étudiants en Licences fondamentales ou appliquées Page 6 – CAHIER 4 Pr Hatem BEN ROMDHANE Faculté des Sciences de Tunis Les additions nucléophiles Les mécanismes réactionnels addition 1,2 addition 1,4 4 - ACTION DES DÉRIVÉS DE L'HYDRAZINE : H2N-A Il s'agit de l'addition nucléophile de l'hydrazine (NH2-NH2) ou de l'un de ses dérivés sur un groupement carbonyle pour former une hydrazone. Cette addition est suivie d'une déshydratation. H H+ Réaction : C O + N A C N A + H 2O H dérivé hydrazone de l'hydrazine c Mécanisme : C H O + H + O H - H2O catalyseur A N H H + C H H + C + + O C O H A N O H H + C O H A N C H H H O H + + N + H O H H + H O H + catalyseur régénéré C A A N C Les Cahiers de Chimie Organique pour les Étudiants en Licences fondamentales ou appliquées Page 7 – CAHIER 4 Pr Hatem BEN ROMDHANE Faculté des Sciences de Tunis Les réactions d’addition nucléophile Les mécanismes réactionnels 1ère application : le test à la DNPH La DNPH ( 2,4-dinitrophénylhydrazine) permet de détecter la présence d'un groupe carbonyle dans une molécule Réaction : R1 NO2 H C O + R2 N H NH R1 H+ NO2 NO2 C N NH NO2 + H 2 O R2 DNPH hydrazone Le composé carbonylé est identifié par mesure de la température de fusion de l'hydrazone obtenue. Exemples: carbonyle Température de fusion de l'hydrazone (°C) Acétaldéhyde: CH3-CHO 168,5 Acétone: CH3-CO-CH3 128 Benzaldéhyde: Ph-CHO 237 2ème application : La réduction de Wolf - Kischner . Avec l'hydrazine (NH2-NH2) dans un milieu basique chauffé, le carbonyle est réduit en donnant l'alcane correspondant. R1 R1 1) H2 N—NH 2 C O CH 2 - / Δ 2) OH R2 R2 Mécanisme : R1 1) 2) H C O + R2 H R1 H R2 C N N H N N H R1 - H2 O O—H + R1 Δ R2 R2 N C N H + O—H CH 2 N N C N N + H2O H R1 R2 H R1 ( voir le mécanisme de formation d'une hydrazone ) H C R2 H R1 H C + H2O H + N2 + OH - R2 Les Cahiers de Chimie Organique pour les Étudiants en Licences fondamentales ou appliquées Page 8 – CAHIER 4 Pr Hatem BEN ROMDHANE Faculté des Sciences de Tunis Les additions nucléophiles Les mécanismes réactionnels 5 - ACTION DES DÉRIVÉS MÉTALLIQUES D'ALCYNES VRAIS Les carbanions alcynures R-C≡C:\ obtenus à partir des alcynes vrais R-C≡C-H peuvent s'additionner sur les carbonyles. Rappels sur la synthèse des alcynures Action d'un métal alcalin sur un alcyne vrai R C C H + Na R C C - + Na + 1/2 H2 Action d'une base forte sur un alcyne vrai + - R C C H + Na NH2 R C C - + Na + NH3 Exemple d'addition : OH O H C C - + Na + 1) NH3 2) H3O C CH + Les Cahiers de Chimie Organique pour les Étudiants en Licences fondamentales ou appliquées Page 9 – CAHIER 4
