LES CAHIERS DE CHIMIE ORGANIQUE POUR LES ÉTUDIANTS DE PRÉPA, DES LICENCES FONDAMENTALES ET APPLIQUÉES Cahiers disponibles sur www.orgapolym.com CAHIER 5 FONCTIONS CHIMIQUES ET MECANISMES RÉACTIONNELS « LES ALCÈNES » Hatem BEN ROMDHANE Professeur Université de Tunis El Manar Faculté des Sciences de Tunis Edition Septembre 2016 Fonctions chimiques et mécanismes réactionnels Cahier 5 LES ALCÈNES www.orgapolym.com LES ALCÈNES CnH2n I - Les réactions d'addition sur les alcènes Le schéma général d’une réaction d’addition sur une double liaison est le suivant : La faisabilité de la réaction peut être expliquée thermodynamiquement par un gain énergétique apporté à la molécule de substrat. La liaison π faible sera remplacée par deux liaisons σ plus fortes. Les principales réactions d'addition sur les alcènes sont: - les additions électrophiles (AE) - l’hydrogénation catalytique (addition de H2 en présence d’un catalyseur hétérogène) - l’hydroboration (addition de BH3) - l’addition radicalaire de HBr (AR) I.1- Les additions électrophiles sur les alcènes (AE) Les réactions d'addition électrophiles étudiées dans ce cours sont les suivantes : I.1.1- Hydrohalogénation des alcènes (addition des acides protoniques H-X) Le mécanisme comprend deux étapes: Une première étape lente : Suivie d'une deuxième étape rapide : Les Cahiers de Chimie Organique pour les Étudiants de Prépa, des licences fondamentales et appliquées Hatem BEN ROMDHANE – Professeur à la Faculté des Sciences de Tunis Page 1 Fonctions chimiques et mécanismes réactionnels Cahier 5 www.orgapolym.com LES ALCÈNES Les acides suffisamment forts tels que HBr ou HCl à l'état gazeux ou en solution dans un solvant inerte, s'additionnent aisément sur les alcènes. • Cas d'une double liaison symétrique : Exemple : CH3 CH CH CH3 + H—Br CH3 CH2 CH CH3 Br mécanisme : 1 ère étape : 1 2 CH3 CH 3 CH H 4 CH3 + H + CH3 CH2 ou La fixation du proton sur C2 ou C3 conduira au même carbocation 2 ème étape : CH3 CH2 C CH3 + Br CH3 identiques H + CH3 C CH2 H + + C CH3 H - CH3 CH2 C CH3 Br • Cas d'une double liaison dissymétrique Exemple 1 : CH 3 CH CH 2 + H—Cl CH 3 CH CH 2 ( majoritaire ) Cl CH 3 CH 3 Exemple 2 : H C CH 2 + H—Cl CH 3 C CH 2 ( unique ) CH 3 Cl H Ce phénomène a été remarqué par MARKOWNIKOV qui lui a attribué une règle purement empirique. Règle de Markovnikov: Au cours de l'addition d'un acide HX sur un alcène dissymétrique l'hydrogène se fixe sur le carbone de la double liaison le plus hydrogéné atome de carbone de la double liaisonle plus hydrogéné CH2 CHCH3 H Br CH2 CHCH3 H Br Un mécanisme simplifié permet d'expliquer cette règle Pour l'exemple 1 : CH 3 CH CH 2 CH 3 + CH CH 2 - Les Cahiers de Chimie Organique pour les Étudiants de Prépa, des licences fondamentales et appliquées Hatem BEN ROMDHANE – Professeur à la Faculté des Sciences de Tunis Page 2 Fonctions chimiques et mécanismes réactionnels +δ CH 3 CH Cahier 5 www.orgapolym.com LES ALCÈNES −δ CH 2 + H + CH 3 CH CH 3 + Cl CH 3 CH CH 3 Cl ( majoritaire ) ( carbocation 2° ) + CH 3 CH 2 CH 2 Cl CH 3 CH 2 CH 2 Cl ( minoritaire ) ( carbocation 1° ) CH 3 +δ Pour l'exemple 2 : C CH 3 −δ CH 2 + H CH 3 + Cl CH 3 C CH 3 + ( carbocation 3° ) CH 3 CH 3 C CH 3 CH 3 C CH 3 Cl + CH 2 même s'il se forme, il subira un réarrangement H ( carbocation 1° ) CH3 CH3 Exemple 3 : CH3 C CH CH2 + H—Cl CH3 CH3 C CH CH3 ( 40 % ) CH3 Cl 2-Chloro-3,3-diméthylbutane + CH3 CH3 C CH CH3 ( 60 % ) Cl CH3 2-Chloro-2,3-diméthylbutane mécanisme : Mécanisme: CH3 CH3 C +δ 2-Chloro-2,3-diméthylbutane −δ CH CH2 + H CH3 + CH3 CH3 C + CH CH3 CH3 ( carbocation 2° ) Cl CH3 CH3 C - Cl - CH3 CH CH3 Cl proportions relatives : CH CH3 CH3 ( carbocation 3° ) CH3 CH3 C + ( 40 % ) CH3 CH3 C CH CH3 Cl CH3 ( 60 % ) Les Cahiers de Chimie Organique pour les Étudiants de Prépa, des licences fondamentales et appliquées Hatem BEN ROMDHANE – Professeur à la Faculté des Sciences de Tunis Page 3 Fonctions chimiques et mécanismes réactionnels Cahier 5 www.orgapolym.com LES ALCÈNES • Stéréochimie de l'addition ionique : Exemple : CH3 +δ −δ CH2 CH * CH2 CH CH3 Cl 2-Chlorobutane : chiralcurrentpoint 192837465 CH2 + H—Cl CH3 mécanisme : 1 ère étape : CH 3 +δ CH 2 CH −δ CH 2 + H H + Et Mecurrentpoint 192837465 Cl 2 ème étape : (1) Et (1) C H Et C+ Cl C+ Me Me H (S)- 2-Chlorobutane 50 % (2) (2) Et C H Me (R)-2-Chlorobutane 50 % Cl currentpoint 192837465 Remarque : Quand l'acide protonique est utilisé en solution aqueuse, en plus de l'halogénure on aura l'alcool par suite de l'attaque de H2O sur le carbocation. Exemple : CH3 CH CH 2 + H—Cl H2 O CH3 CH CH3 + CH3 CH CH3 Cl OH • Addition anti-MARKOWNIKOV : Lorsque l'un des carbones de la double liaison porte un groupement attracteur d'électrons, l'addition est orientée à l'inverse de la règle de MARKOWNIKOV. Exemple 1 : CF3 Exemple 2 : −δ Me + Me N Me CH −δ CH +δ CH2 + H—Cl +δ CH2 + H—Cl CF3 CH2 Me + Me N Me CH 2 Cl CH2 CH2 Cl Remarque : Si ce groupement est un halogène ( - I , + M ) , il permet de stabiliser le carbocation adjacent et l'addition suivra la règle de MARKOWNIKOV . Les Cahiers de Chimie Organique pour les Étudiants de Prépa, des licences fondamentales et appliquées Hatem BEN ROMDHANE – Professeur à la Faculté des Sciences de Tunis Page 4 Fonctions chimiques et mécanismes réactionnels Exemple 3 : Mécanisme : Br +δ www.orgapolym.com LES ALCÈNES +δ Br CH Cahier 5 −δ CH CH2 + H—Cl −δ CH2 + H + Br CH Cl Br + CH Cl CH3 + Br CH3 CH CH3 - Br CH CH3 Cl Dans les additions anti-Markownikov, il y a également l'addition radicalaire de HBr sur les alcènes, que nous verrons plus loin. I.1.2- Hydratation acido-catalysée des alcènes (addition de H2O) Elle est effectuée en présence de catalyseurs acides (en général H2SO4 ou H3PO4). C + C HOH H3O+ C C H OH Cette hydratation suit la règle de Markovnikov: H3C C CH2 + HOH H3C 2-Methylpropene (isobutylene) H3O+ 25oC CH3 H3C C CH2 H OH tert-Butanol Le mécanisme de cette réaction passe également par un carbocation. Mécanisme : 1 ère étape : CH3 +δ C CH3 −δ CH2 + CH3 H H O H + ( catalyseur ) 3 ème étape : lente H 2 ème étape : CH3 C CH3 + O + CH3 CH3 CH3 C CH3 + O + H CH3 H rapide H CH3 C CH3 + O O H + H H H rapide CH3 C CH3 O+ H H CH3 H CH3 C CH3 + H OH O H + ( catalyseur régénéré ) Les Cahiers de Chimie Organique pour les Étudiants de Prépa, des licences fondamentales et appliquées Hatem BEN ROMDHANE – Professeur à la Faculté des Sciences de Tunis Page 5 Fonctions chimiques et mécanismes réactionnels Cahier 5 www.orgapolym.com LES ALCÈNES Remarques : - Comme catalyseurs acides, on utilise le plus souvent H2SO4 ou H3PO4. Leurs bases conjuguées HSO4- ou H2PO4- sont peu nucléophiles, (la charge négative est répartie sur plusieurs sites) - Quand la quantité de H2SO4 n'est plus catalytique mais devient importante (H2SO4 à 98%) (réactifs utilisés mole à mole) on aura une réaction de sulfonation : Exemple: CH3 +δ −δ H3C C CH2 + H2SO4 cc H3C C H3C O SO3H CH3 L'hydrogénosulfate de tertiobutyle formé est stable à basse température. Son hydrolyse ultérieure redonne l'alcool CH3 H O + H3C C H CH3 O SO 3H H3C C CH3 OH + H2SO4 CH3 • Stéréochimie de l'hydratation acido-catalysée : - Identique à l'addition des acides protoniques : addition syn + anti - Quand le carbocation porte 3 groupements différents : obtention d'un mélange racémique de deux énantiomères alcools. I.1.3- Bromation des alcènes (addition du dibrome Br2) L'action du brome Br2 à l'état pur ou en solution dans le CCl4 sur les alcènes, conduit rapidement et à froid aux dérivés dibromés vicinaux correspondants. À part le côté synthétique, la bromation est utilisée au laboratoire en tant que test de détection de liaisons multiples. C C + Br2 Température ambiante CCl4 en absence de lumière Alcène Brome (incolore) (brun foncé) C C La décoloration rapide d'une solution Br2 dans le CCl4 est un test de détection des alcènes et des alcynes Br Br Dibromé vicinal (incolore) Les Cahiers de Chimie Organique pour les Étudiants de Prépa, des licences fondamentales et appliquées Hatem BEN ROMDHANE – Professeur à la Faculté des Sciences de Tunis Page 6 Fonctions chimiques et mécanismes réactionnels Cahier 5 www.orgapolym.com LES ALCÈNES Constatations expérimentales Br H H - anti H Br + syn Br H Br syn anti H H H Br Br Br Br H produit cis produit trans OBTENU NON OBTENU En supposant que le mécanisme passe par un carbocation, l'addition de Br2 conduirait à un mélange Cis et Trans. Or l'expérience montre que le produit Cis n'est jamais obtenu. Br Explication (1) (2) Br + H (1) H H Br Br (2) Br H Addition Anti conduisant à un couple d’énantiomères trans H Br H La nature des produits obtenus indique le passage par un pont bromonium. Ce pont peut se former aussi au-dessus du cycle et l’attaque de Br par le bas conduira aux mêmes produits. Mécanisme : addition Anti 1ère étape : L'approche du nuage π de l'alcène de la molécule de brome induit sa polarisation. Celleci présentera alors un pôle positif et un pôle négatif. Cette polarisation provoque une rupture hétérolytique. Il y aura alors départ de Br - cet formation du pont bromonium. C C δ+ Br δ− Br C C + Br − Br + ion Bromonium (cation ponté) Les Cahiers de Chimie Organique pour les Étudiants de Prépa, des licences fondamentales et appliquées Page 7 Fonctions chimiques et mécanismes réactionnels Cahier 5 www.orgapolym.com LES ALCÈNES Le pont bromonium provient en fait d'un carbocation qui se transforme dès son apparition en cation ponté: δ δ + C C Br + Br − ++ Br Br C C + Br − C + ion bromonium 2ème étape : Dans le cation ponté la rotation entre les deux carbones n'est pas possible. L'attaque nucléophile de Br - s'effectue en anti par rapport au pont et provoque la réouverture du cycle. Br C Br − + C C C Br Br + • Conséquences stéréochimiques : - L'addition ionique des halogènes Br2 (ou du Cl2 ) sur les alcènes est une addition anti. - Elle est stéréospécifique : dans le cas de la formation de deux carbones asymétriques portant les mêmes groupements. Un alcène symétrique de configuration (Z) conduit à un couple d'énantiomères alors qu’un alcène symétrique de configuration (E) conduit à une forme méso. Exemple: CH3 CH3 CH3 H (Z) (E) H H H Br2 / CCl4 Br CH3 H Br Br H + H CH3 CH3 énantiomères CH3 Br2 / CCl4 Br H CH3 Br H CH3 Br H CH3 meso Les Cahiers de Chimie Organique pour les Étudiants de Prépa, des licences fondamentales et appliquées Hatem BEN ROMDHANE – Professeur à la Faculté des Sciences de Tunis Page 8 Fonctions chimiques et mécanismes réactionnels Cahier 5 www.orgapolym.com LES ALCÈNES Bromation du (Z)-but-2-ène - Br H H H3C Br H H CH3 CH3 H3C Br Br - Br+ Addition sur le carbone de droite Addition sur le carbone de gauche H Br H H3C Br H H3C CH3 Br H CH3 Br Rotation Rotation Br Br Br Br ÉNANTIOMÈRES CH3 H H3C H3C H H CH3 H Bromation du (E)-but-2-ène _ _ Br CH3 H H3C CH3 H H H H3C Br Br Br Br + Addition sur le carbone de droite Addition sur le carbone de gauche Br H H3 C CH3 H Br H H3C Br Br CH3 H Rotation Rotation Br Br Br Br MESO H H3C H CH3 CH3 H3C H H identique (meso) aussi Les Cahiers de Chimie Organique pour les Étudiants de Prépa, des licences fondamentales et appliquées Hatem BEN ROMDHANE – Professeur à la Faculté des Sciences de Tunis Page 9 Fonctions chimiques et mécanismes réactionnels Cahier 5 www.orgapolym.com LES ALCÈNES Bromation d’un alcène non symétrique Br + H +δ H 3C Br H H + H H H H .. + Br .. .. −δ + Br +δ H 3C −δ .. H H H 3C Br + Br + H H Br H 3C H H H H 3C .. Br H Br H .. - .. Br .. H H 3C H H 3C H H Br H Br + L'intermédiaire cation ponté est dissymétrique I.1.4 – Hydrobromation (addition de BrOH) Quand le brome Br2 ou le chlore Cl2 sont utilisés en solution dans l'eau on aura la formation d'halohydrines. C C + X2 + H2O XX= =ClCl ouorBrBr C C X OH Halohydrin Halohydrine (major) (majoritaire) + C C + HX X X vic-Dihalide Dihalogéné vicinal (minor) (minoritaire) Les Cahiers de Chimie Organique pour les Étudiants de Prépa, des licences fondamentales et appliquées Hatem BEN ROMDHANE – Professeur à la Faculté des Sciences de Tunis Page 10 Fonctions chimiques et mécanismes réactionnels Cahier 5 www.orgapolym.com LES ALCÈNES Le mécanisme est une addition anti. Étape 1: c'est la même étape que celle de l'halogénation d'un alcène, avec passage par un intermédiaire ponté C C C C X− + X + δ+ X Pont halonium Halonium ion δ− X This step is the same as for halogen addition to an alkene H H + O H O H O H C C + O H C C + H C C X X X H Étapes 2 et 3: O Halohydrine Protonated protonnée halohydrin H H + Halonium ion Pont halonium + Halohydrine Halohydrin La molécule d'eau réagit en tant que nucléophile et attaque l'un des deux carbones du cycle pour conduire à une halohydrine protonnée. L'halohydrine protonnée perd un proton (transférée à une molécule d'eau). Cette étape conduit à une halohydrine et un ion hydronium Cas d'un alcène dissymétrique: 1. l'halogène se fixe sur le carbone le plus hydrogéné (règle de Markownikov) 2. le cation ponté intermédiaire est dissymétrique 3. l'attaque nucléophile de l'eau se fait sur le carbone qui ressemble au carbocation le plus stable. H 3C +δ C H 3C -δ CH2 Br2 H 3C δ+ CH3 C CH2 Br δ+ OH2 +OH2 H3C C CH2Br CH3 −H+ OH H3 C C CH2Br CH3 (73%) Les Cahiers de Chimie Organique pour les Étudiants de Prépa, des licences fondamentales et appliquées Hatem BEN ROMDHANE – Professeur à la Faculté des Sciences de Tunis Page 11 Fonctions chimiques et mécanismes réactionnels Cahier 5 LES ALCÈNES www.orgapolym.com I.2- Hydrogénation catalytique des alcènes (addition de H2) L'hydrogène moléculaire H2 réagit sur la double liaison des alcènes en présence de catalyseurs Pd, Pt ou Ni de Raney pour conduire aux alcanes correspondants. Exemples : Le mécanisme met en jeu une addition syn (cis) L'hydrogène et l'oléfine sont adsorbés à la surface du catalyseur. Les deux atomes d'hydrogène sont alors additionnés du même côté de la double liaison carbone = carbone. I.3- Hydroboration – oxydation des alcènes (addition de BH3) L'intérêt synthétique que présente cette réaction c'est sa régio-sélectivité inversée par rapport à l'hydratation des alcènes en milieu acide : il s'agit d'une hydratation anti-Markovnikov Les Cahiers de Chimie Organique pour les Étudiants de Prépa, des licences fondamentales et appliquées Hatem BEN ROMDHANE – Professeur à la Faculté des Sciences de Tunis Page 12 Fonctions chimiques et mécanismes réactionnels Cahier 5 www.orgapolym.com LES ALCÈNES Exemple: H H3C 3 +δ −δ + BH3 H3C 3 addition Syn H H B H H H3C H2O2, NaOH, H2O THF OH 3 Le borane BH3 se présente sous forme de dimère B2H6 : 2 BH3 B2H6 Il est commercialisé en solution dans le THF car il forme un complexe stable dans ce solvant: BH3 + O O + B2H6 2 Tetrahydrofurane (THF) BH3 . THF Addition de BH3: +δ −δ H3C H −δ H H3C H H B +δ H B H BH2 H H H3C H H3C R B H H R H addition syn stéréospécifique R= 2-méthylcylopentyle Mécanisme de l’oxydation H2O2 NaOH - H-O-O R R + R B R B R - R O OH R + HO B - OR R migration OR RO HO B - / H2O hydrolyse OR OR HO H3C H + R-OH B OR H OH + - O Na + Na O - + 2 R-OH B - + O Na Ce qu'il faut retenir c'est que c'est une addition (hydratation) syn et qui suit un mécanisme antiMarkownikov. Les Cahiers de Chimie Organique pour les Étudiants de Prépa, des licences fondamentales et appliquées Hatem BEN ROMDHANE – Professeur à la Faculté des Sciences de Tunis Page 13 Fonctions chimiques et mécanismes réactionnels Cahier 5 LES ALCÈNES www.orgapolym.com I.4 – Addition radicalaire de HBr alcènes (AR) Les réactions radicalaires concernent toute réaction mettant en jeu des radicaux libres comme intermédiaires réactionnels. Ce sont des réactions en chaîne. Leur mécanisme comporte 3 étapes: amorçage, propagation et terminaison. De telles réactions sont observées essentiellement avec HBr qui s'additionne sur les alcènes en présence de peroxydes organiques de formule générale R-O-O-R. Le bilan de cette réaction est une addition anti-Markownikov. Cette réaction désignée également par l’effet « Kharasch » doit son nom à Kharasch de l’Université de Chicago qui a publié en 1933 ses premiers travaux concernant cette réaction. Exemple : Rappelons que dans des conditions ioniques le produit obtenu résulte d’une addition Markownikov. • Mécanisme : 1ère étape : Amorçage Le peroxyde utilisé en très petite quantité, peut se dissocier de manière homolytique (symétrique) en présence de lumière ou sous l’action de la chaleur pour conduire à deux radicaux R-O•. Les radicaux formés réagissent ensuite sur HBr donnant ainsi naissance à des radicaux brome Br•. 2ème étape : Propagation Le radical brome s’ajoute ensuite sur la double liaison de l’alcène en donnant le radical tertiaire le plus stable. Ce dernier réagit à son tour sur HBr (se trouvant en grande quantité) pour donner le produit de la réaction. Les Cahiers de Chimie Organique pour les Étudiants de Prépa, des licences fondamentales et appliquées Hatem BEN ROMDHANE – Professeur à la Faculté des Sciences de Tunis Page 14 Fonctions chimiques et mécanismes réactionnels Cahier 5 LES ALCÈNES www.orgapolym.com Le processus se « propage » jusqu’à l’épuisement de l’un des deux réactifs (alcène ou radical brome). 3ème étape : Terminaison Au cours de cette étape a lieu la neutralisation de toute espèce radicalaire résiduelle dans le milieu réactionnel. Tous les produits obtenus dans cette étape seront en quantités négligeables. II - Les réactions d’oxydation des alcènes II.1- Ozonolyse L'ozone O3 réagit vigoureusement sur la double liaison des alcènes pour former un intermédiaire instable molozonide qui se réarrange spontanément dès sa formation en un cycle ozonide plus stable. L'ozonide est immédiatement hydrolysé, en général en milieu réducteur pour préserver les fonctions aldéhydes si elles existent. Mécanisme: La molécule d’ozone possède plusieurs formes de résonance : Les Cahiers de Chimie Organique pour les Étudiants de Prépa, des licences fondamentales et appliquées Hatem BEN ROMDHANE – Professeur à la Faculté des Sciences de Tunis Page 15 Fonctions chimiques et mécanismes réactionnels Cahier 5 LES ALCÈNES www.orgapolym.com Quand l'ozone est ajouté sur un alcène, il se forme un molozonide qui se réarrange en ozonide. Les ozonides ne sont pas isolés mais réduits directement par une hydrolyse acide (acide acétique) en présence de zinc. Cette réduction produit des composés carbonylés aldéhydes ou cétones. Le zinc a pour rôle de réduire l'eau oxygénée qui se forme dans le milieu à partir de l'eau et de l'oxygène naissant provenant de l'ouverture de l'ozonide. Exemples : Les Cahiers de Chimie Organique pour les Étudiants de Prépa, des licences fondamentales et appliquées Hatem BEN ROMDHANE – Professeur à la Faculté des Sciences de Tunis Page 16 Fonctions chimiques et mécanismes réactionnels Cahier 5 424[0 6020 [1 [2 ]d 12 091468 2000 2400 2140 2860 7301 6620 6880 6480 7340 7220 2460 7249 Ct 17400 229 gr47763 7020 7640 7220 7560 7040 7240 7760 7400 end 340 34660 I 2140 40 2400 2860 2660 7555 7220 7340 6880 6620 7580 7560 3000 7106 7400 807640 20 7220] 7640] 7640 6901 7760] 7240] 7560] 7460] 7800] 7500] 8091 2 20 Ar DSt 2743 7363 7194 chemdict 5448 [6 7752 7294 7261 97256 8 7begin 10 2614 7605 7054 5448 I 11 SP 7566 6939 8069 7168 7560 ]467800 Ar 8948 DSt 57336 12 13 8948 3{bs 7248 e g Bd}repeat 46 Ar /bs[[1 Db1 2000 7020 2140 76 www.orgapolym.com LES ALCÈNES L/tr/transform L/gr/grestore % userdict/chemdict RA}{6 lxl SA -1 pp 0st}b/OrA{py py cp -8 dp eofill np gs 5awy xInw 20cw py 1-1 gbW dp/cY dp ChemDraw CopyRight sc 8pfill cm pp}{sqrt pA 0-1 m2 ix gr op2DA}{cw dv 1-9.6 rl2lt{1 180 -2 pmv m sc s-1 px exec}{al dv 2a}b/PT{8 cm 0gr}{pp}{gs sm dp dv s{dp m mv gHA}{dL dv dp -.6 rO sc xexec py 12 neg 0-1 WI b2 CA neg sm lp st np wF nmv py 0LB 1.2 psc bd pat -9.6 gr neg a}{ex p1e5st L/gs/gsave px mv pOA}{1 arcn l1986, clip}b/Ct{bs pL/xl/translate Laser 2neg}if/py nlaL np 0gs 5m pcp pp mv gr lex st}b/HA{lW OB m at op16.8 1-1 2.25 mv 0px wy sl 190 fill 145 0gs lp 8l12 ac ro st}{0 np py n/ex ncounttomark{bs sg rbW 3.375 aR 1987, 1ix py Prep ac bd dp dv wx 0.6 ro 0.3 -1 px 8gr cv OB/bL SA rad px sc fill dict 1aL 0p0DLB nxm1 neg sc end}b/Db{bs{dp L/ie/ifelse 0-9.6 eq{DD}{DS}ie at 1.2 dp x1py 8lDA}{dL py pgr ne{bW ey SA 0Cambridge m ppx bd dp sc put 120 -1 mt rot l}for m rad eL/S{sf rO mv pcm 2n/ey 180 21.6 x0-1 m/w 0p1DA}{cw cpt b1 ro lpy chemdict dv gbW CA 0ac -.6 180 p0lt{-1 sm -1 0bs tr/dy st 12 aA dp a}ie}b/WW{gs a}ie}b/BW{wD l02xxl py -8 px 8xsc 1.5 2.2 cp 0L/ix/index OA}{1 pgr}{gs dv}{bd}ie rot m}b/dA{[3 py st}{Asc dx e60sc np m s24.6 1pne{bW 3DLB py g-1 cm Scientific 16 360 x/dx 180 lp SA psc gn/dx lneg a-1 520begin/version px mv rgs sqrt 5m ac 04neg}if/px sm type[]type r-4.8 sDA}{dL arc 12 arc gs -1 1egi p-1 sx180 py o0xsl LB 0.6 2neg 3ac mv dp st}{0 0rO CB rdy al py OB 0.5 sc gs 2.25 L/l/lineto p25.8 wF 0dv/bd 12lW S]}b/dL{dA 616 gs 2.2 pp Computing, rev{neg}if l90 cw ac rn/dy w lp 1eq{DB}{DS}ie eCB wD sg -1 px 1em begin xl}{xl 0.5 sg 2rO 0SA o2py cv CA px xsc 1p-2 sfill req{dp cW dv 016 x}if cX m 1np[{py efill SA lxbegin sp-1.6 np 23 dv lp sg p0DA}{cw cm 0setgray arc lx dp OA}{1 gr wy 1L/mt/matrix mv bs l0ne aac 0gr bW fill def/b{bind DA}{2.25 rlineto np pp cp 1ly 0cm 1sm p27 gs e0wx sc}b/Ov{OrA oac cm bs px 0rO odp pInc. lcm mv 0g/wb pp}ifelse 16 gr gcY 0py cm 1.6 st w sm ncm l0eclippath 2lp at ac ne{bW gs sm 0-1 WI div pggr}b/OB{/bS 52sm 1peq{gs cp px ne pp}{2 3smt sm 27 st}{Asc lsm 2sc m 0mv cm xst 0lW 1pfill}b/SA{aF or{4 py st}{px dup 40pbs SA ro L/mv/moveto sl 4.8 def}bind 270 w pst gr elst}]e gi 0lbL sm 1cp mv rO pdp m 1.5 ep2fill tr gr 04py ZLB 21OA}{1.5 al 25.8 lg/bb 1ldv/bd AA}{1 0bd wy put st gi fill cpt 1S cp ac gs rad px SA rO 0pp r39 lW p0.4 gr glt{pp al dv 4setgray -1 cm px ap gs end a/py 0cv ex1oxac s1def/L{load w m np DA}{270 pp 2dp setdash}d/cR at x}if sc px -1 wb eq{dL}if g0.5 omv r}if 3py 8pdv sm}b/CB{np[{[{CS}{CS}{cB} cp dv -1 m -0.4 gr}b/In{px exec DT}]o xl SA ro}ie}b/AA{np 2xix 024.6 sc lpy L/m/mul px 4sg sc lW aS}if/lp 1wx rad st}{1.0 0round 4pp Bd 3ZLB cm g/cX lW 0OA}{1 lp 1-0.4 -1 0180 ix fill gr}ie}b/Cr{0 9.6 pp m/aL pa/px w nH 0gr}b/wD rO ac rcurrentmatrix CA 0xl -2 6ap def}b/d/def 360 gr ngs 3o/cX 2sc xAA}{1 g21.6 x4px ac 13Ac}{0.5 dv p-1 L/n/neg lowb xcm glp dx gi 12 DA}{180 1xs{nH LB -1 SA elarc py px oexec}b/CS{p gs rpsg w aL n0al x9.6 ne{py d/wF rlt{e}if sm s/wx 5mv gs cX 2e18 OA}{1 0ps2cm fill dp/cY rad pp g/cY 1-1 ndv 30mv m 16.8 st}{0 1aR dict L/np/newpa 360 cY Ac}{1.0 rO 0DS 10gr sc sm xL/a/add 0sg 1.5 w px dp 0dy pp rrO 0CA s/wy xrad sdp cm 120 xl enxpfill cv d/WI{w gs 0np gr}{dp -1 m bd bb lp d/aF 0slW spac cvi/nS oap pnp rlinet px 180 DA} osg 9.6 sm pnp arc sc lagr iX mv AA m 4lx0ow mv Ov sl px 0L/ dx gfi b12c0w sea1ls II.2- Oxydation forte En opérant à chaud et avec une solution concentrée de KMnO4, on provoque la coupure de la double liaison de l'alcène. Exemples : Quand l’insaturation se trouve dans un cycle, on obtient un seul produit avec deux extrémités oxydées. O + H + Mn2 + + KMnO4 cc Exemple : OH ∆² OH diacide O currentpoint 19283 Le bilan d’oxydo-réduction est le suivant : MnO4 - / Mn2 + : MnO4- + Diacide / alcène : 5 5e - + 8H+ + 4 H2 O + 8 MnO4- + 24 H + Mn2 + + 4 H2 O HO2 C (CH2 )3 CO2 H + 8 e - + 8 H + ( x 8) (x5) 5 HO2 C (CH2 )3 CO2 H + 8 Mn 2 + + 12 H2 O currentpoint 19 II.3 - Oxydation ménagée Il s'agit d'une oxydation douce qui a lieu à froid et en solution basique diluée de KMnO4. Le produit de la réaction est un diol. Les Cahiers de Chimie Organique pour les Étudiants de Prépa, des licences fondamentales et appliquées Hatem BEN ROMDHANE – Professeur à la Faculté des Sciences de Tunis Page 17 Fonctions chimiques et mécanismes réactionnels Cahier 5 LES ALCÈNES www.orgapolym.com Le tetraoxyde d’osmium OsO4 peut être également utilisé en tant qu’agent oxydant avec lequel des rendements plus élevés sont obtenus. Du point de vue stéréochimie, il s’agit d’une addition syn. Ceci peut être noté quand la réaction a lieu avec un composé cyclique insaturé. Le produit obtenu est un diol vicinal Cis. Exemple : + KMnO4 froid H 2 O / OH - OH OH + MnO2 Un schéma simplifié permet d’expliquer l’obtention du produit cis : Du point de vue oxydoréduction : Au cours de la réaction on note la disparition de la coloration violette de MnO4Ө et l’apparition d'un précipité brun de MnO2 . II.4 - Oxydation par les peracides (formation d’époxydes) Les Cahiers de Chimie Organique pour les Étudiants de Prépa, des licences fondamentales et appliquées Hatem BEN ROMDHANE – Professeur à la Faculté des Sciences de Tunis Page 18 Fonctions chimiques et mécanismes réactionnels Cahier 5 LES ALCÈNES www.orgapolym.com Un peracide de formule RCOOOH peut s'ajouter sur la double liaison d'un alcène pour former un cycle oxirane appelé également époxyde. • Mécanisme : Il s'agit d'une addition syn concertée Le peracide ayant une liaison hydrogène intramoléculaire se présente sous la forme d'un cycle à cinq . C'est une réaction stéréospécifique : - L'oxydation d'un alcène de configuration Z, conduit à un époxyde cis - et l'oxydation d'un alcène E, conduit à un époxyde trans. • Réactions d'ouverture des époxydes L'ouverture des cycles époxydes peut se faire en milieu acide ou en milieu basique. Dans ce qui suit on s’intéressera uniquement au milieu basique. En milieu basique, des nucléophiles comme par exemple : OH-, R-O-, R-C≡C-, N≡C-… attaquent le carbone le moins encombré du cycle époxyde. Les Cahiers de Chimie Organique pour les Étudiants de Prépa, des licences fondamentales et appliquées Hatem BEN ROMDHANE – Professeur à la Faculté des Sciences de Tunis Page 19 Fonctions chimiques et mécanismes réactionnels Cahier 5 www.orgapolym.com LES ALCÈNES Exemples: - Action d'un méthanolate sur un époxyde dissymétrique ou - Action d'un alcynure sur un époxyde dissymétrique L'ouverture des époxydes dans ces conditions se traduit par une addition anti. Le nucléophile attaque toujours du côté opposé du cycle. Exemple: RÉCAPITULATION DES PRINCIPALES RÉACTIONS D’OXYDATION DES ALCÈNES Les Cahiers de Chimie Organique pour les Étudiants de Prépa, des licences fondamentales et appliquées Hatem BEN ROMDHANE – Professeur à la Faculté des Sciences de Tunis Page 20 Fonctions chimiques et mécanismes réactionnels Cahier 5 LES ALCÈNES www.orgapolym.com III- Les cyclo-additions de Diels-Alder La réaction de Diels-Alder met en jeu des diènes conjugués et des diénophiles (alcènes) pour conduire soit à des cycles soit à des composés bicycliques. C’est une cycloaddition au cours de laquelle il se forme deux nouvelles liaisons carbone-carbone en une seule étape. Cette réaction qui doit son nom à Otto Diels et Kurt Alder ( prix Nobel de chimie en 1950) est une méthode de synthèse très utilisée. Exemple : Les Cahiers de Chimie Organique pour les Étudiants de Prépa, des licences fondamentales et appliquées Hatem BEN ROMDHANE – Professeur à la Faculté des Sciences de Tunis Page 21 Fonctions chimiques et mécanismes réactionnels Cahier 5 LES ALCÈNES www.orgapolym.com Cyclo-addition de Diels-Alder [4+2] • Conformation nécessaire du diène : Pour que cette réaction puisse avoir lieu, il faut que le diène adopte une conformation s-cis. Dans ce cas les deux doubles liaisons se trouvent du même côté de la liaison sigma carbone-carbone qui les relie. En solution, la liaison sigma du diène est constamment en rotation, donc à l'équilibre, il existe un mélange de diènes de conformations s-cis et s-trans. Seuls les conformères s-cis peuvent réagir. De bons rendements sont obtenus avec un diène activé par des groupements électro-donneurs et/ou un diénophile substitué par un ou des groupements électro-attracteurs. Exemple : • Mécanisme réactionnel : Il s’agit d’un mécanisme concerté pendant lequel toutes les liaisons se rompent et se forment simultanément. Les 2 liaisons sigma et la liaison π sont formées en même temps que la rupture des 3 liaisons π des produits de départ. Le recouvrement des orbitales conduisent selon une addition syn à un cycle à six. Les Cahiers de Chimie Organique pour les Étudiants de Prépa, des licences fondamentales et appliquées Hatem BEN ROMDHANE – Professeur à la Faculté des Sciences de Tunis Page 22 Fonctions chimiques et mécanismes réactionnels Cahier 5 LES ALCÈNES www.orgapolym.com Par conséquent la cyclo-addition de Diels-Alder est stéréospécifique. Ceci se traduit par une rétention de configuration aussi bien du diène que du diénophile de départ. Les diènes cycliques réagissent rapidement avec des diénophiles du fait qu’ils soient « bloqués » dans une conformation s-cis. Les produits obtenus sont des composés bicycliques. Les Cahiers de Chimie Organique pour les Étudiants de Prépa, des licences fondamentales et appliquées Hatem BEN ROMDHANE – Professeur à la Faculté des Sciences de Tunis Page 23 Fonctions chimiques et mécanismes réactionnels Cahier 5 LES ALCÈNES www.orgapolym.com Du point de vue stéréochimie, deux possibilités existent : De manière générale, la réaction de Diels-Alder procède avec une sélectivité endo. C’est le produit qui est obtenu en premier lieu. De ce fait la configuration endo est appelé le produit cinétique. Les Cahiers de Chimie Organique pour les Étudiants de Prépa, des licences fondamentales et appliquées Hatem BEN ROMDHANE – Professeur à la Faculté des Sciences de Tunis Page 24