L2 Pharmacie – Chimie Organique N° 7 28/10/2013- Pr Rochais

L2 Pharmacie – Chimie Organique
28/10/2013- Pr Rochais
Groupe 47 – Zakaria Rebiai et Cecile Chubilleau
N° 7
SOMMAIRE
i. propriétés spectroscopiques
c) spectroscopie RMN
C. Réactivité Chimique
i. réaction d'oxydation
ii. réaction d'addition
iii. Réaction de substitution électrophile
a) généralités
b) halogénation du benzène
c) nitration du benzène
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N° 7
i.Propriétés spectroscopiques
i.c)
Spectroscopie RMN
- Constante de couplage
La conjugaison du système permet de voir les couplages en 4J, donc des interactions en méta du
cycle aromatique
- Constantes de couplage
Dans les cycles benzéniques substitués, les constantes de couplage dépendent de l'éloignement des
protons sur le cycle : les isomères ortho, méta et para des composés disubstitués sont identifiables.
COMPOSE
Ortho (3J)
Meta (4J)
Para (5J)
J (Hz)
7à8
2à3
On n’observe quasiment aucun type de couplage en para.
2
0à1
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Molécule avec deux substituants différents : la molécule est symétrique, avec deux groupements de
protons identiques sur le composé.
Les 2 protons verts : 1 seul H sur les C adjacents, on a donc un doublet d'intégration 2.
Idem pour les protons rouge.
Pas d’interaction possible en méta ici car les deux atomes sont équivalents, on ne peut pas voir
l'influence de l'un sur l'autre.
Sur le spectre RMN les 2H verts sont plus déblindés que les 2H rouge :
-les 2H verts subissent l'influence du groupement aldéhyde (-I et -M)
-les 2H rouge sont en ortho d'une fonction -I mais +M, qui a un effet blindant.
Les 2 doublets sur le spectre RMN de ce type de composé para-disubstitué est caractéristique, avec
un effet de toit.
NB :
-Cette forme n'a rien à voir avec un système quadruplet : ce sont bien 2 doublets d'intégration 2.
-Les pics extérieurs sont plus petit si les deux doublets sont plus proches (en ppm).
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Couplages multiples :
3 protons différents sur la molécule. D'après le spectre RMN :
-le H bleu est le plus déblindé : 2 -NO2 (-I et -M)
-le H vert : influence en para et ortho des NO2
-le H rouge : un seul -OCH3 en ortho.
*le H rouge : 1 seul H voisin : on observe 1 doublet d'intégration 1 (constante de couplage 7-8 Hz)
*le H bleu :1 H voisin en méta : on observe 1 doublet d'intégration 1 (la constante de couplage est
plus faible : 2-3 Hz, c'est pourquoi les pics sont plus rapprochés et que l'on a l'impression d'un
singulet sur le spectre.)
*le H vert: interaction avec le H rouge et le H bleu.
Ce n'est pas un triplet car les constantes de couplage ne sont pas identiques entre 2 groupements H
différents.
Le signal obtenu est un doublet de doublet.
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On peut mesurer la constante de couplage (J) entre le 1er et le 3ème pic ou entre le 2ème et le 4ème
pic.
La RMN aide donc à déterminer la différenciation des isomères des composés étudiés.
C) Réactivité chimique
i.Réaction d’oxydation
Très résistant à l’oxydation à la différence des éthyléniques.
ii.Réaction d’addition
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Pas d’addition partielle:
En général, les réactions d'addition sont totales.
Si on réussit à réduire une double liaison, on réduit la totalité du cycle.
iii.Réaction de substitution électrophile
a) Généralités
Substitution électrophile est prédominante (vis-à-vis de l’addition) afin de conserver
l’aromaticité du cycle.
Le mécanisme réactionnel général de la réaction comprends trois étapes :
1/ attaque de l'électrophile
2/ intermédiaire carbocation
3/ élimination d'un proton
Nature de l’électrophile:
X+: ion halogénium
NO2+: ion nitronium
SO3H+: ion sulfonium
R3C+: carbocation
Substitution électrophile : liaison C-H remplacée par la
liaison C-Electrophile.
1)
2)Intermédiaire carbocation = intermédiaire de Wheland = ion arénium = complexe σ
(sigma).
Ce n'est pas un système plan.
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Intermédiaire chargé, relativement stable puisque la lacune électronique est conjuguée avec
les doubles liaisons : effet mésomère donneur.
Mais dans l'ensemble c'est un intermédiaire donc c'est peu stable et NON aromatique.
Sur les intermédiaires on observe les lacunes électroniques que sur les positions ortho et
para ; jamais en méta.
3) Élimination d'un proton pour le retour à l'aromaticité.
On passe d'un composé très énergétique, chargé positivement à un composé très stable,
aromatique, donc la réaction est très facilité par le produit obtenu.
Utilisation d'un contre-ion : réaction acide-base.
: joue le rôle de base, mais est aussi nucléophile.
Attaque du carbocation qui n'arrive jamais : la réaction d'addition ne donne pas lieu à un
produit stable.
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- Diagramme d'énergie potentielle :
Retour à l'aromaticité :
- pas d'addition de nucléophile
- perte d'un proton
NB: Comme on va le voir dans la suite, l’électrophile est souvent activé pour initier la
réaction, le plus souvent à l'aide d'un acide de Lewis.
Rappel :
acide de Bronsted : le composé libère un H+
acide de Lewis : le composé capte des électrons.
Exemple :
il manque 2 électrons par rapport à la règle de l'octet. Il y aura donc
des réactions avec toutes les espèces capables d'apporter des
électrons (des bases de Lewis).
On verra par la suite que le mécanisme est différent pour I2.
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Les différentes réactions
b) Halogénation du benzène :
(on voit bien avec le graph que la réaction d'élimination n'est pas favorisée ici.)
Qu’en présence d’un activateur (Ac. de Lewis dérivés du fer FeBr3 ou de l’aluminium
AlCl3)
-Réactivité: F (très réactif, explosion) > Cl, Br (si activé) > I (pas de réaction)
-Mécanisme: en 3 phases
-Activation (du dihalogène)
-Attaque de l’électrophile (étape cinétiquement limitante)
-Perte du proton (retour à l'aromaticité)
Activation du dihalogène avec AlCl3- : (un doublet non-liant du Cl2 est attiré dans la lacune
électronique autour de l'atome d'Al)
La polarisation du Cl2 seul en solution n'est pas suffisante.
Cl+ : composé assez appauvri en électron pour être attaqué par le cycle nucléophile.
Régénération du catalyseur :
Cl- est le contre-ion qui sert au retour à l'aromaticité du système.
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Catalyseur : accélère une réaction sans être consommé lors de la réaction.
Ici AlCl3 est reformé et réengagé dans un autre cycle d'halogénation du benzène.
Il n'a donc pas besoin d'être présent en quantité stœchiométrique mais en faible quantité.
-chloration
-iodation : mécanisme différent
NB :
-acide nitrique n'est pas un acide de Lewis.
-l'ion ionodium est formé à partir de l'acide nitrique qui est ici un initiateur et non un
catalyseur.
2H+ + 2 HNO3 + I2 → 2 I+ + NO2 + H2O
Attention : ne marche pas avec le fluor qui engendre une réaction trop exothermique.
Il existe d'autres mécanismes pour la fluoration.
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c) Nitration du benzène
Substitution d’un hydrogène par un groupe nitro NO2 (seule méthode existant pour fixer
un atome d’azote sur le cycle aromatique)
–HNO3 fumant, pratiquement pur,
–un mélange H2SO4 cc et HNO3, où H2SO4 joue le rôle de déshydratant,
–l’acide nitrique concentré pour les composés aromatiques très réactifs
Dans ce cas l’électrophile est l’ion nitronium NO2+.
Ex de formation:
acide sulfurique : déshydratant
Utilisation d'une base : H2O ou HSO4-.
Pour NO2+ : composé linéaire de géometrie sp.
Poursuite de la réaction :
NB : B- peut être HSO4- ou SO3-.
NB: le groupe -NO2 est fortement désactivant et les dérivés nitrés réagissent beaucoup moins vite
que le benzène.
Rappel groupement nitro : -I et -M donc globalement effet électroattracteur sur le cycle aromatique,
ce qui défavorise/ désactive le cycle, les composés réagiront moins vite que sur le benzène.
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Synthèse de l'aniline ( = aminobenzène) :
NB: le groupe -NO2 peut être réduit en présence d’acide concentré et de métaux ou par
hydrogénation (H2 et un catalyseur, Ni ou Pd)
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