THEME VI. REACTIVITE et TRANSFORMATIONS en CHIMIE
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THEME VI. REACTIVITE et TRANSFORMATIONS en CHIMIE ORGANIQUE 2 PARTIE 1 – ACTIVATION ET PROTECTION DE GROUPES CARACTERISTIQUES CHAPITRE –ACTIVATION DE GROUPE CARACTERISTIQUE I. Activation nucléophile des alcools et phénols 1. Nucléophilie des alcools, des phénols, des alcoolates et des phénolates 2. Exemple d’utilisation de la nucléophilie d’un alcoolate dans une synthèse multi étapes 3. II. Synthèse de Williamson des étheroxydes a. Les étheroxydes b. Synthèse de Williamson des étheroxydes NOTIONS ET CONTENUS Activation nucléophile des alcools et phénols. Formation d’alcoolates par réaction acido-basique ou d’oxydo-réduction. Synthèse de Williamson. Activation électrophile des alcools 1. a. Exemple de synthèses multi étapes mettant en jeu des alcools But de l’activation Proposer une voie de synthèse d’un étheroxyde dissymétrique. c. Il existe plusieurs stratégies pour activer l’électrophilie du substrat alcool d. 2. Nucléofugacité Activation in situ par protonation a. Conversion d’un alcool en halogénoalcane par action d’une solution concentrée d’halogénure d’hydrogène. b. 3. Déshydratation acido-catalysée d’un alcool tertiaire Activation par formation d’esters sulfoniques a. Formation d’alcènes par élimination basique b. Formation d’halogénoalcane par substitution sur un tosylate ou un mésylate c. Formation d’époxyde par substitution intramoléculaire Comparer la nucléophilie d’alcools de différentes classes à l’aide d’arguments stériques. Comparer la nucléophilie d’un alcool et de son alcoolate Choisir une base pour déprotoner un alcool ou un phénol à partir d’une échelle de pKa. Proposer un mécanisme limite en analysant les conditions opératoires et les caractéristiques structurales des réactifs. Nécessité de l’activation b. CAPACITES EXIGIBLES Activation électrophile des alcools : - Activation in situ par protonation . déshydratation acido-catalysée d’un alcool tertiaire (conditions opératoires, régiosélectivité et stéréosélectivité éventuelles, mécanisme limite E1) ; compétition substitutionélimination dans le cas des alcools secondaires et tertiaires. Interpréter la formation de produits indésirables par la compétition entre les réactions de substitution et d’élimination. Comparer les réactivités des liaisons carbone groupe caractéristique dans le cas des halogénoalcanes, des alcools, des esters sulfoniques et des ions alkyloxonium. .conversion d’un alcool en halogénoalcane par action d’une solution concentrée d’halogénure d’hydrogène (conditions opératoires, mécanismes limites). III. Prévoir les produits pouvant se former lors de la déshydratation d’un alcool, indiquer le ou les produits majoritaires. Préciser la stéréosélectivité éventuelle de la formation d’époxydes. Activation électrophile du groupe carbonyle 1. Nécessité de l’activation 2. Acétalisation des aldéhydes et des cétones a. Conditions expérimentales b. Mécanisme limite de l’acétalisation en milieu acide c. Application en synthèse : protection du groupe carbonyle 3. Importance de l’acétalisation en chimie des sucres a. Les sucres b. Le glucose - Formation d’esters sulfoniques . formation d’alcène par élimination basique sur un mésylate (conditions opératoires). . formation d’halogénoalcane par substitution sur un tosylate ou un mésylate (conditions opératoires). . formation d’époxyde par substitution intramoléculaire. Commenter dans une synthèse multi-étapes le choix d’une activation in situ par protonation ou par passage par un tosylate ou un mésylate. Activation électrophile du groupe carbonyle : - Acétalisation des aldéhydes et des cétones : conditions expérimentales (APTS, appareillage de Dean-Stark), mécanisme limite de l’acétalisation en milieu acide. - Hémiacétalisation acido-catalysée du glucose : conditions opératoires, mécanisme limite de l’hémiacétalisation en milieu acide. Expliquer qualitativement l’augmentation de l’électrophilie du groupe carbonyle par protonation de celui-ci. c. Mécanisme limite de l’hémiacétalisation acido-catalysée du glucose d. Mutarotation du glucose Discuter la régiosélectivité de la réaction d’hémiacétalisation du glucose. Interpréter la mutarotation du glucose par le caractère renversable de l’hémiacétalisation. Connaissances et savoir-faire exigibles Activation nucléophile des alcools et des phénols Comparer en justifiant la nucléophilie des alcools et des alcoolates. Citer des méthodes de déprotonation des alcools. Expliquer le choix de la base dans le cas d’une réaction acide-base. Décrire la réaction de WILLIAMSON : attaque du réactif nucléophile RO− sur le substrat RX primaire, selon un mécanisme SN2. Donner un exemple de solvant : DMSO aprotique. Expliquer que cette réaction est limitée aux substrats dont le C est peu encombré, car dans les autres cas la réaction concurrente E2 devient importante. Anticiper une réaction de Williamson intramoléculaire. Proposer une application de la réaction de Williamson : protection du groupe alcool. Activation électrophile des alcools Expliquer que la faible polarisabilité de la liaison C – O implique la nécessité d’une activation préalable, indispensable à sa rupture. Proposer trois méthodes d’activation, ayant toutes pour objectif de remplacer le mauvais groupe partant HO− par un bon groupe partant. Reconnaître dans une synthèse multi-étapes, une étape d’activation par formation d’ester sulfonique. Ecrire l’équation de la réaction de formation de l’ester sulfonique dans le solvant basique. Justifier que l’anion sulfonate TsO – ou MsO – est un bon groupe partant. Application de l’activation in situ par protonation : Conversion d’un alcool en halogénoalcane par action d’une solution concentrée d’halogénure d’hydrogène Connaître l’équation de réaction : ROH + HX = RX + H2O Connaître les conditions expérimentales : température ambiante + HX en excès Décrire le mécanisme avec les flèches courbes traduisant le déplacement de doublets électroniques : activation de l’alcool (protonation) puis SN2 ou SN1 selon la nature du substrat. Expliquer que cette réaction ne se fait pas sur le phénol, à cause du caractère partiel de double liaison de la liaison carbone oxygène (formes mésomères). Déshydratation acido-catalysée d’un alcool tertiaire Connaître les conditions expérimentales : chauffage + acide fort dont l’anion est peu nucléophile comme l’acide sulfurique ou l’acide phosphorique. Nommer la réaction : élimination : déshydratation intramoléculaire. Ecrire l’équation de réaction. Justifier la régiosélectivité de la réaction avec la règle de Zaïtsev. Décrire le mécanisme de déshydratation d’un alcool tertiaire, avec les flèches courbes de déplacement de doublets électroniques : activation de l’alcool puis E1. Expliquer les caractéristiques de cette réaction : régiosélectivité, stéréosélectivité et non stéréospécificité. Expliquer qu’une réaction de SN concurrente peut aussi se dérouler (déshydratation intramoléculaire). Application de l’activation par formation d’ester sulfonique : Formation d’alcènes par élimination basique : schéma général ; avantages. Formation d’halogénoalcane par substitution sur un tosylate ou un mésylate : schéma général ; avantages. Formation d’époxyde par substitution nucléophile. Activation électrophile du groupe carbonyle Définir une acétalisation. Ecrire le mécanisme limite de l’acétalisation en milieu acide. Expliquer la nécessité de l’activation. Proposer des conditions expérimentales (APTS, appareillage de Dean-Stark). Ecrire le mécanisme limite de l’hémiacétalisation acido-catalysée du glucose. Discuter la régiosélectivité de la réaction. Interpréter la mutarotation du glucose par le caractère renversable de l’hémiacétalisation.
