3. Les alcènes et alcynes - perso.latribu.comperso.latribu.com/shagar/documents/chapitres 3 4 et 5.pdf · prioritaire sur la position des substituants. Une double liaison occupe

Chimie organique (régularisation).

Gillet Steve, D.Sc. -25-

3. Les alcènes et alcynes

3.1. Généralités

Rappelons quand dans les alcènes (C=C), les carbones adoptent une géométrie

trigonale plan, ce qui correspond à une hybridation sp2. Dans le cas particulier des allènes

(C=C=C), le carbone central présente une géométrie linéaire, ce qui correspond à une

hybridation sp, comme dans les alcynes. Il est important de noté qu’une liaison double est en

fait constituée d’une liaison σ (identique à celles rencontrées dans les alcanes) et d’une

liaison π ; et qu’une liaison triple est constitué d’une liaison σ et de deux liaisons π. La

distinction entre ces deux types de liaison est importante, puisque :

- Une liaison π, contrairement à une liaison σ ne permet pas de rotation autour de la

liaison.

- Une liaison π est formée d’électrons qui sont beaucoup plus facilement accessibles

que les électrons d’une liaison σ.

- Une liaison π est moins forte qu’une liaison σ.

Ces deux derniers points ont pour conséquence logique, le fait qu’une liaison π est

beaucoup plus réactionnelle qu’une liaison σ. Le premier point, quant à lui, explique que l’on

distingue les isomères E et Z dans le cas des alcènes.

3.2. Les cycloalcènes : structures et nomenclature

Noms et structures

La formule générale pour un alcène monocyclique non substitué contenant une seule

liaison double est CnH2n-2. Son nom doit indiquer à la fois le nombre de carbones, le fait que

la structure est cyclique et la présence d’une liaison double. En absence de substituant, s’il

n’y a qu’une double liaison, aucune numérotation n’est nécessaire.

Lorsqu’il y a plus d’une liaison double dans le cycle, des numéros de position sont

nécessaires pour distinguer entre les différents isomères possibles, par exemple le

cyclohexa-1,3-diène et le cyclohexa-1,4-diène. Les deux seules exceptions sont le

cyclobutadiène et le cyclopentadiène, puisque les deux doubles liaisons ne peuvent qu’être

adjacentes l’une de l’autre dans des cycles à 4 et 5 pièces.

cyclohexène cyclobutène



Lorsque l’on nomme un cycloalcène substitué, la position de la double liaison est

prioritaire sur la position des substituants. Une double liaison occupe donc d’office la position

1, sont ensuite numérotés les éventuelles autres doubles liaisons, puis finalement les

substituants, en s’arrangeant pour que les numéros de position soient aussi petits que

possible.

Conformation de cycle

La présence d’une double liaison dans un hydrocarbone cyclique signifie que deux

des atomes de carbones sont dans un environnement planaire. Cela rend les cycloalcènes

moins flexibles que leurs équivalents cycloalcanes. Les figures, ci-dessous illustrent bien la

partie linéaire imposée par la double liaison C=C. La partie du cycle qui possède des atomes

de carbone tétraédriques est décalée, pour éviter que les hydrogènes de carbones adjacents

soient en position éclipsée. Lorsque deux ou plusieurs doubles liaisons sont présentes, la

flexibilité du cycle est encore réduite. La figure ci-dessous, toujours, montre la structure du

cyclopentadiène. Le cycle à cinq pièces y est plan, à cause de la présence de quatre

carbones de géométrie trigonale plan.

En général :

• La conformation du cycle est nécessairement plane à chaque fonction alcène ;

• Des rotations partielles autour des liaisons simples C-C peuvent avoir lieu dans le

cycle (comme pour les cycloalcanes).

cyclobutadiène cyclopentadiène

cyclohexa-1,3-diène cyclohexa-1,4-diène

ClCl

3,5-dichlorocyclohexène 5-ethylcyclohexa-1,3-diène



3.3 Synthèse d’alcènes cycliques et acycliques

Réactions d’élimination

En laboratoire, la synthèse des alcènes met habituellement à profit des réactions

d’élimination. Nous reviendrons sur les détails de ces réactions dans le chapitre consacré

aux halogénoalcanes, mais pour le moment, nous allons simplement illustrer leur application

dans la synthèse des alcènes. L’élimination d’HX (X = Cl ou Br) à partir d’un halogénoalcane

ou d’H2O à partir d’un alcool conduit à un alcène. L’élimination de HX est habituellement

catalysée en milieu basique, alors que l’élimination d’H2O est catalysée par un acide fort. Le

rôle de la base dans la première réaction est d’éliminer un proton C-H, mais nous y

reviendrons ultérieurement.

Cyclisation de Diels-Alder

Des cyclohexènes peuvent, par exemple, être synthétisés par cycloadditions [4+2],

lesquelles sont appelées « réactions de Diels-Alder ». La notation [4+2] provient du fait que

la réaction a lieu entre une espèce qui possède 4 électrons π (diène) et une espèce à 2

électrons π (diènophile). Cette réaction est amorcée thermiquement et inclut trois

mouvements simultanés (on parle de réaction « concertée ») de deux électrons suivant le

schéma représenté ci-dessous :

Pour que cette réaction ait lieu facilement, il faut que le diénophile soit pauvre en

électrons, c'est-à-dire qu’il porte un substituant électro-attracteur. Par exemple, X pourrait

être Cl, CN, CH2Cl, CH2OH, CHO, CO2H ou CO2R. Si on se base sur la figure ci-dessus,

pour qu’une cycloaddition [4+2] puisse avoir lieu, il faut également que le diène puisse subir

Cl

Base (ex. HO-)

OHOH

+ HCl

450K+ H2O

H2SO4 conc.

H2SO4 conc. +majoritaire minoritaire

X X



une rotation autour de la liaison C-C de façon à adopter la conformation correcte pour

permettre la fermeture du cycle.

Notons également que les alcynes porteurs d’un groupement électro-attracteur

peuvent, eux aussi, jouer le rôle de diénophile. Dans ce dernier cas, le produit de la réaction

est un cyclohexa-1,4-diène substitué.

La réaction des Diels-Alder est utilisée en industrie pour la fabrication d’une famille

d’insecticides extrêmement efficaces dont l’aldrine et son dérivé époxy, la dieldrine. Ils ont

été largement utilisés à partir des années 50s pour contrôler les termites. Revers de la

médaille, ces insecticides ne se dégradent pas dans l’environnement, ce qui constitue le

facteur majeur de leur retrait de la commercialisation dans les années 80s.

3.4. Réaction des alcènes : Introduction

Dans cette section, nous allons aborder quelques réactions des alcènes. Dans la

section suivante, nous poursuivrons en discutant le mécanisme d’addition électrophile et

dans la section 3.6, nous continuerons notre vue d’ensemble de la réactivité des alcènes en

utilisant ce que nous viendrons d’apprendre sur les mécanismes pour expliquer la sélectivité

observée de ces réactions.

Comme les alcanes, les alcènes brûlent en présence d’O2 pour donner du CO2 et de

l’H2O.

C4H8 + 6 O2 4 CO2 + 4 H2O

2 C6H10 + 17 O2 6 CO2 + 5 H2O

Alors que les alcanes subissent des réactions de substitution (ex. : substitution d’un

hydrogène par un chlore lors de la chloration radicalaire), les alcènes, eux, subissent des

réactions d’addition, donc le schéma général est représenté ci-dessous :

changement de conformation

par contre : pas de changement de conformation possible

O

O OEt

OEt

O

O

OEtOEt



Les réactions d’addition peuvent être de nature radicalaire ou électrophile et peuvent

être résumées comme suit : Les réactions d’addition typique des alcènes sont :

• L’addition électrophile

• L’addition radicalaire

• La polymérisation

Hydrogénation

L’hydrogénation d’un alcène comprend l’addition d’H2 et convertit un hydrocarbone

insaturé en un hydrocarbone saturé (en supposant que toutes les liaisons doubles

réagissent). Cette réaction nécessite un catalyseur, souvent une surface métallique de Ni,

Pd ou Pt.

La surface métallique est un exemple de catalyse hétérogène. Le dihydrogène est

adsorbé, fournissant une source d’atomes d’hydrogènes qui peuvent réagir avec l’alcène, lui-

même adsorbé. Ce chemin réactionnel possède une énergie d’activation inférieure à celui

qui consiste à faire réagir H2 directement avec l’alcène.

Des hydrogénations similaires convertissent des cycloalcènes en cycloalcanes.

Addition de X2 (X = Cl ou Br) : formation de dihalogénures vicinaux

L’addition de Cl2 ou Br2 à des alcènes mène à la formation de dérivés dichloro- ou

dibromo-. Dans les produits, les atomes d’halogène sont attachés à des carbones adjacents.

De tels composés sont connus sous le terme de dihalogénures vicinaux.

X YY

X

+

H2, [Pd]

H2, [Pd]



Les réactions avec F2 sont extrêmement violentes, alors que celles avec I2 sont

extrêmement lentes quand elles n’échouent pas, toutes deux. La chloration et la bromation

peuvent être réalisée à 298 K ou moins, sans besoin d’irradiation. Cela laisse supposer que

l’addition ne fait pas intervenir de radicaux. Toutefois, si une source de radicaux est

disponible, l’addition a toujours lieu, mais elle peut être complexifiée par la présence de

réactions de substitution radicalaires compétitives.

La décoloration d’une solution aqueuse de Br2 (eau de brome) est communément

utilisée comme test qualitatif de la présence de doubles liaisons C=C. Des mélanges de

produits sont obtenus, comme nous le verrons pour lors de la discussion des réactions des

alcènes avec Br2 et H2O ultérieurement.

Addition de HX (X = Cl, Br ou I) : formation d’halogénoalcanes

L’équation ci-dessous illustre la réaction entre un alcène et HCl, HBr ou HI. Le

substrat, dans cet exemple, est un alcène symétrique et lorsque HBr est ajouté, le produit ne

peut être que du 2-bromobutane.

Avec un alcène asymétrique, deux produits sont possibles, comme le montre

l’équation, ci-dessous, dans le cas de l’addition d’HBr au propène. En pratique, un des

produits prédomine et, dans le cas de cette réaction, c’est le 2-bromopropane qui est obtenu

majoritairement. Notez que la réaction favorise l’attachement de l’halogénure à l’atome de

carbone secondaire (plutôt qu’à l’atome de carbone primaire), dans le produit.

De façon similaire, lorsque HCl réagit avec le 2-méthylpropène, le produit majoritaire

est le 2-chloro-2-méthylpropane. L’atome de chlore préfère donc être attaché à un atome de

carbone tertiaire (plutôt qu’à un atome de carbone primaire) dans le produit.

Cl2Cl

Cl

Br2Br

Br

+

+

Br

+ HBr

BrBr+ HBr +

majoritaire



Cette sélectivité que nous venons d’observer peut être expliquée si nous regardons le

mécanisme d’addition électrophile plus en détail.

3.5. Le mécanisme d’addition électrophile

Les additions aux alcènes peuvent avoir lieu suivant un mécanisme radicalaire ou

électrophile. Un mécanisme électrophile est favorisé lorsque la réaction est réalisée dans un

solvant polaire, alors que le mécanisme radicalaire requiert un activateur radicalaire.

Addition de HBr à une liaison C=C symétrique

La double liaison des alcènes possède des électrons π facilement accessibles, ce qui

leur permet d’agir comme nucléophiles, capables de donner des électrons à des espèces qui

en sont demandeuses (électrophiles). Considérons la réaction entre l’éthène et HBr pour

donner du bromoéthane. La molécule de HBr est polaire, la valeur d’électronégativité de H

étant de 2,2 et celle de Br étant de 3,0. Il existe donc une charge partielle positive sur

l’atome d’hydrogène, qui est dès lors attiré par la région riche en électron qu’est la liaison π

de l’éthène, ce qui augmente encore la polarité de la liaison H-Br. La première étape de la

réaction est illustrée ci-dessous. Deux électrons π sont transféré à l’électrophile (H) ce qui

provoque la formation d’une nouvelle liaison C-H σ et le clivage hétérolytique de la liaison H-

Br.

L’atome de carbone qui ne forme pas une nouvelle liaison σ est électron-déficient et

porte donc une charge formelle positive. On appelle cette espèce un carbocation. Le

carbocation est un intermédiaire dans la réaction et est susceptible d’être attaqué par un

nucléophile. Dans l’équation précédente, la clivage hétérolytique de la liaison H-Br provoque

l’apparition d’ions Br- qui peuvent agir comme nucléophile dans l’étape suivante de la

réaction, comme le montre l’équation ci-dessous.

ClCl+ HCl +

majoritaire

H Br

C+

H

H

H

H

H

Br+

C+

H

H

H

H

H

:Br-Br



Addition de HBr à une liaison C=C asymétrique

Lorsqu’un électrophile est attaqué par un alcène asymétrique, il est possible de

former deux carbocations différents. Considérons la réaction du propène avec HBr. La

première étape de la réaction est illustrée ci-dessous.

Nous avons vu dans la section 2.6 que les radicaux tertiaires étaient plus stables que

les radicaux secondaires, eux-mêmes plus stables que les radicaux primaires, eux-mêmes

finalement plus stables que les radicaux méthyliques. Il en va de même pour les

carbocations, ce qui peut se résumé de la façon suivante :

R3C+ > R2HC+ > RH2C+ > H3C+

Dans les deux étapes en compétition de la réaction illustrée plus haut, la formation du

carbocation secondaire est favorisée sur celle du carbocation primaire. L’étape suivante de

la réaction est l’attaque nucléophile du carbocation intermédiaire par l’ion bromure pour

donner le 1-bromopropane et le 2-bromopropane.

Comme le carbocation secondaire est plus stable que le primaire et est

préférentiellement formé, il en résulte que la formation de 2-bromopropane est favorisée par

rapport à celle de 1-bromopropane. Cela correspond aux résultats expérimentaux que nous

avions donnés à la section 3.4. La réaction est dite « régiosélective » parce que, bien que les

alcènes puissent former deux carbocations et donc deux produits, l’un d’eux est formé

préférentiellement.

Le mécanisme décrit pour l’addition de HBr au propène peut être étendu aux

additions de HX (X = Cl, Br, I ou d’autres groupements porteurs d’une charge partielle

négative) à d’autres alcènes asymétriques. L’observation générale est que l’hydrogène

s’attache au carbone le moins substitué et qu’il y a dès lors formation préférentielle d’un

H Br

C+

C+

Br+carbocation primaire

carbocation secondaire

C+

C+

:Br- Br

Br:Br-



carbocation tertiaire par rapport à un secondaire ou un primaire ; ou d’un carbocation

secondaire par rapport à un carbocation primaire. C’est ce que l’on appelle couramment une

addition « Markovnikov ».

Addition de X2 (X = Cl ou Br)

A la fois Cl2 et Br2 sont non polaires, mais l’approche du nuage d’électron de la liaison

p d’une C=C est capable d’induire l’apparition d’un dipôle.

Lors de l’étape cinétiquement déterminante de la chloration d’un alcène, les électrons

π de la liaison C=C attaquent un des chlores de Cl2. Cela provoque la formation d’une liaison

C-Cl et la rupture hétérolytique de la liaison Cl-Cl. Cette étape génère du Cl- qui est capable

d’agir comme nucléophile et d’attaquer le carbocation en une étape rapide.

Lorsque l’halogène est Br2, il existe des preuves expérimentales que l’intermédiaire

est un ion bromonium. Le mécanisme, en deux étapes, de la réaction entre Br2 et C2H4 est

représenté ci-dessous.

3.6. Réactions des alcènes : additions, oxydation des liaisons C=C

et clivage

Dans cette section, nous continuons notre survol des réactions des alcènes en

envisageant d’autres réactions d’addition électrophile dans lesquelles on appliquera les

détails mécanistiques vus dans la section précédente. Nous considérerons également

quelques réactions d’oxydation et des réactions qui clivent la double liaison C=C.

Cl Cl

C+

Cl

H

H

H

H

Cl+

:Br Br

BrBr

+

:Br-Br

+ Br

Br

+ion bromonium



Addition d’H2O : formation d’alcools

Les alcènes ne réagissent pas directement avec l’eau, mais si les réactifs sont

chauffés en présence d’acide sulfurique concentrée, l’alcène additionne l’eau et est converti

en alcool. Cette réaction est utilisée industriellement pour la production d’éthanol.

Il y a cependant un problème à utiliser cette réaction comme méthode générale de

préparation des alcènes : chauffer un alcool avec un acide fort peut déshydrater l’alcool en

donnant un alcène. Donc la réaction peut avoir lieu dans l’une ou l’autre direction. L’addition

d’H2O à un alcène, catalysée par l’acide, peut être utile en synthèse si l’intermédiaire est un

carbocation tertiaire. Par exemple, le 2-méthylpropène subit la réaction illustrée dans le

schéma ci-dessous. Deux produits sont possibles, suivant que c’est le carbocation primaire

ou tertiaire qui est formé. Ce dernier prédomine et le 2-méthylpropan-2-ol est le produit

favori. L’équation ci-dessous montre la formation du carbocation tertiaire et l’attaque

subséquente par H2O. L’eau est polaire et agit comme nucléophile en donnant une paire

d’électrons. La charge positive est transférée à l’atome d’O, ce qui conduit à la perte d’un

proton H+ pour donner un alcool.

Une stratégie alternative et efficace pour ajouter de l’eau à un alcène est d’utiliser un

acétate de mercure(II), Hg(O2CMe)2. La réaction d’un alcène avec Hg(O2CMe)2 donne un

complexe organométallique qui réagit avec H2O pour donner un composé organomercurique.

Après traitement avec du borohydrure de sodium, cela produit l’alcool désiré. Dans la

réaction suivante, le produit contient un substituant OH attaché à un atome de carbone

secondaire plutôt qu’un primaire.

Le mercure(II) agit comme un électrophile et est attaqué par la double liaison C=C

riche en électrons. Un intermédiaire cyclique est alors formé, comme l’illustre la première

étape de l’équation ci-dessous. L’H2O nucléophile attaque alors le carbone le plus substitué

de l’intermédiaire, ce qui provoque l’ouverture du cycle. La charge positive réside alors sur

l’atome d’oxygène et un proton est éliminé pour donner le groupement OH.

OH+ H2O

[H2SO4], 520 K

C+

O+ HH

OHH+ :OH2

Hg(O2CMe)2, H2OOH

HgO2CMeNaBH4

OH



Addition d’H2O et X2 (X = Cl ou Br) : formation d’halogénohydrines

(halogénoalcool)

Si Cl2 ou Br2 et de l’eau réagissent ensembles avec un alcène, les réactions se

déroulent comme illustré ci-dessous. Les produits sont des halogénohydrines : un

chlorhydrine dans le premier cas et un bromhydrine dans le second.

Le groupement OH s’attache préférentiellement à un carbone tertiaire ou secondaire

plutôt qu’à un carbone primaire, ce qui peut s’expliquer facilement en termes de stabilité des

carbocations intermédiaires. La première étape de la réaction est l’attaque de Cl2 par les

électrons π de la liaison C=C qui est exactement la même que l’étape cinétiquement

déterminante de la chloration des alcènes. Le carbocation secondaire est plus stable que le

carbocation primaire (et est donc formé préférentiellement).

OO Hg O

OHg

+O

OH2O:

O+

HgO2CMe

HH

HgO2CMeOH

ClOH

Cl2, H2O

BrOH

Br2, H2O



Si de l’eau est présente, elle entre en compétition avec Cl- durant la seconde étape

de la réaction. L’attaque nucléophile par Cl- sur l’un des deux carbocations de l’équation ci-

dessus conduit à la formation de 1,2-dichloropropane. L’attaque nucléophile par H2O mène

au 1-chloropropan-2-ol comme produit majeur et au 2-chloropropan-1-ol comme produit

mineur. Le mécanisme pour le chemin le plus favorable est illustré ci-dessous.

Oxydation : formation de diols

L’oxydation d’un alcène par OsO4 mène à la formation d’un diol vicinal. La partie diol

du nom indique qu’il y a deux groupements OH et vicinal indique que les groupements OH

sont attachés à des atomes de carbone adjacents. La réaction ci-dessous illustre la

conversion de but-1-ène en butane-1,2-diol.

Le mécanisme proposé inclut la formation d’un intermédiaire constitué d’un OsO4

ponté qui est clivé par H2O dans l’étape suivante de la réaction. L’addition des deux

groupements OH est spécifiquement syn, ce qui signifie que les substituants OH sont

additionnés du même côté de la double liaison C=C. Durant la réaction, Os(VIII) est réduit en

Os(VI) et l’alcène est oxydé.

La conversion d’un alcène non terminal en diol peut également être réalisée en

utilisant du KMnO4 en milieu alcalin, à froid. Il est proposé que l’ion tétraédrique [MnO4]-

Cl ClC

+

Cl

C+

Cl

Cl

Cl

+

+

C+

Cl

:OH2

Cl

O+ HH

ClOH

OH

OH

OsO4, H2O

OOs

O

O O

OH OH

2 H2O, - H2OsO4



agisse de la même façon qu’OsO4, en formant un type d’intermédiaire similaire, et l’addition

syn est à nouveau observée. Pendant la réaction, Mn est réduit de Mn(VII) en Mn(V).

L’ancien nom pour un diol est glycol et ce nom est toujours utilisé. L’éthylène glycol

(éthane-1,2-diol) est d’une importance commerciale en tant qu’antigel pour les radiateurs de

véhicules à moteur ; il a un point de fusion faible (261 K), un point d’ébullition élevé (471 K)

et est complètement miscible avec l’eau. Industriellement, il n’est pas fabriqué par la

méthode que nous venons de décrire, mais plutôt par l’hydratation de l’oxyde d’éthylène

(oxirane). L’oxyde d’éthylène est un exemple d’époxyde, lui-même membre de la famille des

éthers cycliques. Nous discuterons de leur préparation et propriétés ultérieurement.

Le clivage des alcènes : réaction avec O3 (ozonolyse)

La réaction d’un alcène avec O3 conduit à un ozonide cyclique. Le produit d’addition

initial de l’alcène et de O3 s’isomérise rapidement en ozonide, tel que représenté dans

l’équation ci-dessous. La double liaison C=C est complètement clivée durant la réaction ; les

deux atomes de carbone dans le cycle C2O3 sont les carbones originaux de la fonction C=C.

Une application importante de cette réaction ne consiste pas en l’isolation des

ozonides, mais en leurs produits d’hydrolyse. L’hydrolyse réductrice mène à des aldéhydes

ou des cétones en fonction de la présence de substituants dans l’alcène original. Les

réactions ci-dessous en sont deux exemples. Le diméthylsulfure (Me2S) et la thiourée

(CS(NH2)2) agissent comme des agents réducteurs. Bien que le diméthylesulfure soit

efficace dans ce rôle, il présente le désavantage d’avoir une odeur désagréable.

O3 OO

O

O

OO Me2S ou thiourée

H

O

H H

O

O

OO Me2S ou thiourée O

H

O

+

+



3.7. Substitution et addition radicalaires dans les alcènes

Substitution radicalaire : bromation

De nombreux alcènes contiennent des groupements alkyles en plus de la double

liaison C=C, et des substitutions radicalaires sont possibles. Les atomes d’hydrogène

attachés directement à un carbone de la double liaison C=C sont appelés des atomes

d’hydrogène vinyliques et sont difficiles à arracher. Un atome d’hydrogène attaché à un

carbone adjacent à une double liaison C=C est appelé atome d’hydrogène allylique et est

plus facile à arracher.

Après l’amorçage, la réaction radicalaire du propène avec Br2 continue avec les

étapes de propagation représentées ci-dessous. Un H allylique est arraché plutôt qu’un H

vinylique.

Le radical formé dans la première étape ci-dessus est un radical allyle et il est plus

stable que tous les radicaux alkyles dont nous avons discuté à la section 2.6. L’ordre de

stabilité des radicaux est donc :

> R3C• > R2HC• > RH2C• > H3C•

Cette stabilité accrue peut être attribuée aux contributions apportées par les deux

structures de résonance ci-dessous.

En général, plus il est possible de tracer des structures de résonance, plus l’espèce

est stable.

La substitution radicalaire dans les autres alcènes suit le même principe que ce qui

est décrit ci-dessus avec l’arrachement préférentiel d’un atome d’hydrogène allylique. Par

exemple, dans la réaction ci-dessous, la substitution s’effectue spécifiquement sur le site

adjacent à la liaison C=C.

H

R

H

HHR

Br .C

.C Br Br2Br

+ HBr +

+ +

.C

.C C

H vinyliques

H allyliques



Bien que cet arrachement d’hydrogène soit spécifique, l’utilisation de Br2 en tant

qu’agent de bromation mène à un problème : l’addition radicalaire compétitive sur la liaison

C=C. Habituellement, le Br2 est remplacé par un agent de bromation tel que le N-

bromosuccinimide (NBS) en solution dans le CCl4.

L’amorçage de la réaction requiert l’utilisation d’un radical amorceur tel qu’un

peroxyde organique, souvent avec R = C6H5C(O).

Addition radicalaire : bromation

Nous allons illustrer l’addition radicalaire à une liaison C=C en considérant la réaction

entre HBr et le 2-méthylpropène, un alcène asymétrique. Pour favoriser une addition

radicalaire plutôt qu’électrophile, un amorceur radicalaire doit être présent. La photolyse d’un

peroxyde résulte en un clivage homolytique de la liaison O-O et en la formation de radicaux

RO•. L’étape de propagation illustrée ci-dessous produits les radicaux Br• nécessaires à la

réaction avec l’alcène.

Br2

Br

+ HBr +

N OO

Br

RO

OR

OO

O

O



Le radical Br• s’additionne alors à la double liaison C=C et deux chemins sont

possibles, comme l’illustre les équations ci-dessous. Le radical le plus stable est le plus

substitué (en encadré). Notons que la réaction de Br• avec l’alcène n’arrache pas un

hydrogène vinylique, mais que l’arrachement compétitif d’un proton allylique peut avoir lieu

(comme nous l’avons vu précédemment). La collision entre le radical alkyle et HBr conduit à

la formation d’un produit bromé. L’étape de terminaison dans la chaîne radicalaire inclut des

réactions entre deux radicaux.

Ce qu’il est important de noter, c’est que dans cette étape finale, l’addition radicalaire

d’HBr à un alcène asymétrique mène à un produit dans lequel l’atome de brome est attaché

à l’atome de carbone qui est le moins substitué. C’est le contraire de ce qui se passe avec

l’addition électrophile d’HBr qui conduit à la formation d’un produit dans lequel l’atome de

brome est fixé sur l’atome de carbone qui présente le plus grand nombre de substituants.

Dans les deux cas, la sélectivité du produit est contrôlée par la stabilité de l’intermédiaire et

les différences peuvent être résumées comme suit :

RO

OR

RO.

RO. H Br ROH Br

2

+

Br

C

Br

Ou

Br

C Br

C Br

H Br

Br Br +



Comme dans le cas de l’addition électrophile, on parlait de composé Markovnikov, on

parle, dans le cas de l’addition radicalaire de composé anti-Markovnikov.

3.8 Polymérisation des alcènes

La polymérisation des alcènes sera certainement abordée dans le cours de polymères de M.

Herwats.

3.9. Migration de la liaison double et isomérisation des alcènes

Lorsqu’un alcène avec 4 atomes de carbone ou plus, est traité avec H+, il peut y avoir

isomérisation par migration de la double liaison le long de la chaîne carbonée. Une base

forte, telle que l’amidure de potassium (KNH2), peut également promouvoir l’isomérisation de

la double liaison. L’acide ou la base agit comme catalyseur. La double liaison C=C se

déplace vers une position plus substituée à l’intérieur de la chaîne carbonée, par exemple, le

but-1-ène s’isomérise en but-2-ène en présence de H+.

La préférence de la liaison double pour une position plus substituée provient de la

plus grande électronégativité d’un carbone sp2 par rapport à un carbone sp3. Le groupement

alkyle étant un groupement électro-donneur, un carbone sp2 sera d’autant plus stabilisé qu’il

sera substitué. (Nous reviendrons sur l’électronégativité des différents centres carbonés

dans la section 3.12 lorsque nous discuterons de l’acidité des alcynes terminaux.)

C+ Br

C Br Br

addition électrophilede HBr dans des conditionspolaires

Addition du proton, d'abordpour former le carbocationle plus substitué

Produit d'additionMarkovnikov

Addition radicalaire d'HBrnécessite un amorceur radicalaire

Addition du radical Br. d'abord pour former le radical alkyle le plus substitué

Produit d'additionAnti-Markovnikov

[H+]



Plus la chaîne est longue, plus d’isomères différents peuvent être formés par

migration de la double liaison C=C. En pratique, des mélanges d’isomères sont

habituellement obtenus avec prédominance de l’isomère thermodynamiquement favorisé.

Le mécanisme de migration de la liaison C=C catalysée par l’acide

Nous avons déjà vu que l’ajout de H+ à un alcène promeut la formation d’un

carbocation. L’équation ci-dessous montre que la réaction du pent-1-ène avec H+ donne un

carbocation secondaire préférentiellement à un primaire.

Dans les exemples précédents, le carbocation formé réagissait avec un nucléophile

pour donner un produit final d’addition. En absence de nucléophile, le carbocation

intermédiaire peut perdre un H+. A partir du carbocation formé ci-dessus, il y a deux

éliminations compétitives pour donner du pent-1-ène ou du pent-2-ène. Clairement, l’une des

réactions est simplement l’inverse de l’étape de protonation, mais l’élimination compétitive

d’H+ donne le produit d’isomérisation et c’est le chemin qui est favorisé.

Le mécanisme de migration de la liaison C=C catalysée par l’acide

Un hydrogène allylique n’est pas seulement capable de subir un arrachement

radicalaire, mais il est également susceptible de subir une attaque par une base et de se

faire arracher sous la forme d’un H+ (un hydrogène allylique est donc relativement acide).

Dans la réaction ci-dessous, une base B- arrache un proton du carbone adjacent à la liaison

double C=C. L’intermédiaire est un carbanion.

Le carbanion formé dans l’étape ci-dessus est stabilisé par résonance des structures

contributives (mésomères) illustrées ci-dessous. Cela permet à la liaison π de se délocaliser

sur les trois atomes de carbone. La structure de droite, ci-dessous, représente l’hybride de

résonance de l’anion allylique (représentation alternative à la paire de résonance).

H+

C+

C+

H

H

H

C+

H H

H HC

H



Le carbanion peut être protoné à deux endroits différents et le produit favorisé est

l’alcène avec le plus grand nombre de substituants attachés à la double liaison C=C. Le

résultat net de l’étape de déprotonation et de reprotonation est la migration de la double

liaison C=C le long de la chaîne carbonée. La source de proton, dans les équations, ci-

dessous, est la base protonée BH ; le catalyseur B- est donc régénéré à la dernière étape du

processus d’isomérisation.

3.10. Hydroboration des alcènes

Hydroboration avec BH3

La réaction d’un alcène avec BH3 conduit à l’addition de la liaison B-H à la double

liaison C=C. Cette réaction est appelée hydroboration.

Si l’alcène est stériquement encombré par la présence de substituants organiques,

seul une ou deux liaisons seront impliquée dans l’hydroboration comme, par exemple, dans

la réaction ci-dessous.

Les réactions d’hydroboration peuvent dès lors être utilisées pour former des

composés organoborés du type général RBH2 et R2BH (R = alkyl) et leur réaction avec

d’autres alcènes peut conduire à des organoboranes avec différents substituants alkyles.

C C -

C

C

H B

H B

HB

H

HB+ 3

HB

H

H

HB

H+



L’addition d’un borane à un alcène asymétrique est régiosélective. La régiosélectivité vient

du vient du fait que c’est B et non H, qui est l’électrophile et donc la réaction diffère d’une

addition électrophile d’HCl ou HBr, par exemple. Le mécanisme est résumé dans le schéma

ci-dessous ; la nature électrophilique de BH3 est due à son orbitale atomique 2p vacante qui

peut accepter une paire d’électrons. Notons que dans la première étape de ce schéma, il y a

formation d’un carbocation secondaire préférentiellement à un primaire et donc la règle

habituelle est respectée même si, en fin de compte, on se retrouve avec un produit anti-

Markovnikov.

L’importance des organoboranes réside dans leurs applications en synthèse. Par

exemple, leur traitement avec H2O2 oxyde un organoborane en alcool.

3.11. Synthèse des alcynes

Tournons à présent notre attention sur les alcynes, dans lesquels le groupement

fonctionnel est une liaison triple C≡C. Dans cette section, nous allons étudier une méthode

de préparation des alcynes puis nous envisagerons leur réactivité.

Dans la section 3.3, nous avons vu que l’élimination d’HCl à partir d’un chloroalcane

conduit à un alcène. Si on envisage cette réaction avec un dihalogénure vicinal, l’élimination

d’HX peut avoir lieu deux fois pour donner un alcyne. Une base forte est nécessaire (comme

dans la réaction ci-dessous) pour éliminer H+ et favoriser l’élimination de HX ; nous

étudierons les réactions d’élimination plus en détail dans le chapitre 5.

Cette méthode est la stratégie la plus commune pour la synthèse des alcynes.

HB

H

HC

+B

H

H

H

C+

BH

H

H

BH2

BOH

OHB

OH

OH+ 3 H2O2 3 +

BrH Br

H OH- ou NH2-

- 2 HBr



3.12. Réactions des alcynes

Dans cette section, nous considèrerons les réactions typiques des alcynes et nous

devrons souvent distinguer un alcyne interne d’un terminal.

Combustion

Comme les alcanes et les alcènes, les alcynes brûlent en présence d’O2 pour donner

du CO2 et de l’H2O.

2 H-C≡C-H + 5 O2 4 CO2 + 2 H2O

Hydrogénation

L’addition de H2 pour donner des alcènes se réalise facilement en présence d’un

catalyseur métallique tel que Ni, Pd ou Pt. L’activation de H2 se déroule de la même façon

que dans la section 3.4. Contrairement à l’addition de H2 à un alcène où un seul produit est

possible, son addition à un alcyne interne peut donner des isomères E ou Z. Un problème

supplémentaire vient de la possibilité de la poursuite de la réduction jusqu’à l’alcane.

La sélectivité peut être atteinte par un contrôle minutieux des conditions de réaction.

La réaction de H2 avec un alcyne en présence de Pd/BaSO4 produit des isomères Z. Si la

réduction est menée en utilisant du sodium dans du NH3 liquide comme agent de réduction,

les produits sont des isomères E (notons que cette technique ne peut être utilisée sur des

alcynes terminaux pour des raisons que nous verrons ultérieurement). Un moyen sélectif

pour produire des alcènes (plutôt que des alcanes) est d’utiliser le catalyseur de Lindlar. Il

consiste en du palladium métallique supporté sur une surface de CaCO3/PbO qui est traitée

avec Pb(O2CMe)2. De plus, le catalyseur de Lindlar est sélectif pour la production d’alcènes

Z, c'est-à-dire que l’hydrogène subit une addition syn sur la liaison C≡C.

Addition de X2 et HX (X = Cl, Br)

Les mécanismes des additions électrophiles de X2 et HX aux alcynes sont similaires

à ceux décrits pour les additions aux alcènes. Il est possible d’arrêter les réactions après

ajout d’un équivalent de X2 ou HX, mais sous des conditions appropriées, la réaction

RR HR

interne externe

H2 et catalyseur+



continue pour donner un produit saturé. L’addition de X2 à un alcyne peut, en principe,

donner des isomères E ou Z de produits dihalogénés. En pratique, l’isomère E est favorisé.

La réaction d’HX avec un alcyne donne un halogénure vinylique puis un dihalogénure

géminal, ce qui signifie que les deux atomes d’halogène sont attachés sur le même atome

de carbone. Le mécanisme d’addition est donné dans le schéma ci-dessous qui consiste en

la réaction entre le propyne et HCl. Seul le carbocation le plus favorisé est montré pour

chaque addition et cette préférence explique pourquoi le dihalogénure géminal est le produit

prédominant.

Lorsque HX s’additionne à un alcyne interne, des isomères E et Z peuvent, en

principe, être produits. Dans la plupart des cas, le mécanisme suit le schéma ci-dessous

avec une addition anti de HX sur la triple liaison favorisée.

Br

Br

Br2 Br2

Br

BrBr Br

Isomère E favorisé

H Cl

C+

Cl

C+

:Cl-Cl

Cl

H ClC

+

ClCl

C+

Cl:Cl-

Cl

Cl

+

+

H BrC

+

HBr

C+

H

:Br-Br

H

+



Addition d’H2O : formation d’une cétone

Dans la section 3.6., nous avons décrit la conversion d’un alcène en alcool en

utilisant Hg(O2CMe)2 suivi par un traitement avec H2O et NaBH4. Cependant, la réaction

entre un alcyne et Hg(O2CMe)2 suivi par un traitement avec H2O conduit à une cétone plutôt

qu’à un alcool. Avant que nous ne discutions de cette réaction plus en détail, nous avons

besoin d’introduire le concept d’équilibre céto-énolique. Lorsqu’un groupement OH est fixé à

une double liaison C=C, l’espèce est instable et conduit à un réarrangement en composé

carbonylé. Le réarrangement inclut un transfert de proton et est appelé tautomérisme céto-

énolique. La partie céto- du nom vient de cétone et énol est la contraction d’alcène et alcool.

Les deux tautomères sont en équilibre et la forme céto- est habituellement favorisée.

Considérons à présent la réaction entre un alcyne et Hg(O2CMe)2 suivie par le

traitement avec H2O. La première étape est l’attaque nucléophile par la liaison riche en

électrons C≡C sur le centre Hg(II) pour former un cycle insaturé C2Hg. L’attaque nucléophile

par H2O est suivie par la perte d’un proton, ce qui est illustré dans le schéma ci-dessous et

qui peut être comparé au schéma donné dans la section 3.6.

Le produit est un énol et est instable, comme nous l’avons plus haut. Il subit donc une

tautomérie. La liaison C-Hg dans le produit organomercurique est convertie en liaison C-H

par traitement avec de l’acide. Ces deux étapes de la réaction sont illustrées ci-dessous.

R

OH R

R R

O H

R

RTautomèreénol

Tautomèrecéto-

O Hg OO

O

Hg+O

OH2O:

HgO2CMeO

+ HH

HgO2CMe

OH

HgO2CMeO

H

HgO2CMeOH+



Oxydation : formation d’acide carboxylique et de dione

L’oxydation d’un alcyne terminal en utilisant KMnO4 donne un acide carboxylique,

alors que l’oxydation d’un alcyne interne produit une α-dione. Les réactions avec KMnO4

peuvent être réalisées dans CH2Cl2 mais un agent de transfert de phase est requis pour

faciliter la dissolution de KMnO4 dans la phase organique. Les équations ci-dessous

montrent des exemples d’oxydation d’alcynes terminal et interne par le permanganate.

Les produits d’oxydation des alcynes internes et terminaux par l’ozone sont

analogues à ceux provenant de l’oxydation par [MnO4]-. Comme avec l’oxydation des

alcènes par l’ozone, un agent réducteur est nécessaire pour la seconde étape de la réaction.

Les réducteurs adaptés à la formation d’α-diones comprennent le tétracyanoéthène (TCNE)

comme illustré dans la réaction ci-dessous.

Les alcynes en tant qu’acides

Classiquement, l’électronégativité du carbone est fixée à 2,6 et celle de l’hydrogène à

2,2. Cependant il est important de se rappeler que l’électronégativité d’un atome dépend de

son état d’oxydation et de son ordre de liaison. Comme l’hybridation d’un atome de carbone

change de sp3 à sp2 à sp, l’électronégativité change également (comme l’illustre la table ci-

dessous).

HgO2CMeO

H+

HgO2CMeO

+ H OH

O

KMnO4, H2O, H+

- CO2

OH

O

KMnO4, H2O, H+O

O



Composé Hybridation de C Electronégativité pKa

sp3 2,5 48

sp2 2,75 44

sp 3,3 25

La tendance des valeurs d’électronégativité signifie que la liaison C-H d’un alcyne est

plus polaire que dans un alcène, qui est elle-même plus polaire que dans un alcane. Ces

valeurs permettent également de prédire que l’ion [RC≡C]- devrait être plus stable que

[R2C=CR]- lui-même plus stable que l’ion [R3C]-. C’est effectivement le cas et des valeurs

approximatives de pKa sont listées dans la table ci-dessus. La diminution du pKa (et donc la

croissance correspondante du Ka) montre que l’alcyne terminal est le plus acide de la liste.

Notons que seuls les alcynes terminaux sont acides, puisque les alcynes internes ne

possèdent pas de liaison C-H. Dans la section 3.9, nous avons établi qu’un hydrogène

allylique était relativement acide ; cette acidité particulière résulte de la stabilisation du

carbanion allylique par résonance.

Bien que les réactions décrites ci-dessous mettent en évidence le caractère acide

des alcynes terminaux, il faut toutefois garder en tête qu’il s’agit d’acides extrêmement

faibles ; l’acéthylène est de loin un acide plus faible que H2O. Puisque l’acéthylène est un

acide faible, l’ion [RC≡C]- doit être une base forte.

Les alcynes terminaux réagissent avec l’amidure de potassium ou le sodium

métallique pour donner des sels métalliques alcalins d’acétylures.

La réaction peut avoir lieu également avec des ions Ag+ et des sels de Cu(I) peuvent

être formés par des réactions similaires.

Une utilisation importante des acétylures est la préparation d’alcynes avec une plus

longue chaîne carbonée. La force motrice de la réaction est l’élimination d’un halogénure

H H

H

H

HH

HH

H H

H KNH2 C K+

NH3

H Na C Na+

+ +

+ + 1/2 H2

H Ag(NH3)2+ C Ag+

NH3 NH4++ + +



d’alcalin. En effet, une quantité significative d’énergie est libéré lorsqu’un sel ionique tel que

NaCl est formé (énergie de réseau cristallin).

Cette stratégie peut être utilisée pour augmenter la longueur d’une chaîne carbonée,

et la fonction alcyne peut réagir à son tour, en étant, par exemple, réduite, comme dans le

schéma ci-dessous.

Ce dernier schéma est un des premiers exemples que nous montrions, dans lequel

une suite de réactions se succède pour fournir un schéma de synthèse multi-étapes. Nous

en verrons beaucoup d’autres dans les chapitres à venir, mais également dans les exercices

à la fin de ce chapitre.

Réactions de couplage pour donner des alcynes multi-fonctionnels

Lorsque des alcynes terminaux sont chauffés avec des sels de Cu2+ dans la pyridine,

une réaction de couplage a lieu pour donner un diyne, c'est-à-dire une molécule dans

laquelle il y a deux fonctions C≡C. Les réactions ci-dessous en sont des exemples. C’est une

réaction assez générale avec de nombreuses applications ; il est par exemple, possible de

créer un cycle « hexyne » à partir de diynes terminaux.

C Na+ Cl

KNH2C

Br

H2, Lindlar



Les alcynes terminaux peuvent également être couplés à des halogénures d’aryles

en utilisant la méthode de couplage de Sonogashira. Les conditions en sont une catalyse au

palladium, la présence de CuI et de triéthylamine. Le catalyseur au palladium est

habituellement [PdCl2(PPh3)2] (Ph = phényl).

3.13. Protection d’un alcyne terminal : le groupe protecteur Me3Si

Comme nous l’avons vu, le groupe C-H d’un alcyne terminal est relativement réactif

et dans des synthèses multi-étapes, il peut être nécessaire de protéger cette liaison C-H.

C’est un exemple, parmi d’autres, dans lequel un groupement protecteur est introduit

temporairement dans une molécule et est clivé ultérieurement pour restaurer le groupement

fonctionnel d’intérêt, dans une synthèse multi-étapes. Des groupements protecteurs

habituels sont les trialkylsilyles tel que Me3Si (triméthylsilyl, abrégé TMS). La stratégie

générale est d’utiliser un réactif organométallique tel que le nBuLi pour réagir avec la liaison

C-H de l’alcyne terminal. Cela produit un composé organolithien qui réagit directement avec

un halogénure de trialkylsilyle. L’équation ci-dessous montre la méthode générale, utilisant le

groupement TMS comme exemple.

Une fois que les réactions désirées ont été menées sur le groupement R du produit

du schéma ci-dessus, le composé peut être déprotégé en utilisant une base. Si nous

supposons que R est transformé en un nouveau substituant R’, alors l’équation ci-dessous

représente l’étape de déprotection.

HCu++ dans py

Cu++ dans py

2

3

I H REt3N

- HIR+

Pd(0), CuI

R H R Li

SiCl

R SiBuLi



Maintenant introduisons cette stratégie de protection-déprotection dans un exemple

concret où une protection est nécessaire parce que nous qu’une seule extrémité de la

molécule d’acétylène réagisse avec l’halogénure d’aryle (réactivité relative : I > Br >> Cl) lors

d’un couplage de Sonogashira. Le triméthylsilylacétylène est disponible commercialement.

Plus tard, dans les notes, nous décrirons d’autres exemples de protection de

groupements vulnérables dans les synthèses multi-étapes.

4. Les molécules organiques polaires : Introduction

4.1. Objectifs

Dans les chapitres 2 et 3, nous avons discuté des hydrocarbones saturés et insaturés

contenant des liaisons C-C (simples, doubles et triples) et des liaisons C-H. La plupart de

nos discussions étaient basées sur la chimie de molécules contenant des liaisons non

polaires. Dans les prochains chapitres, notre attention va se porter sur des molécules

organiques polaires. L’objectif de ce chapitre 4 est donc de rappeler au lecteur des notions

telles que l’électronégativité, la polarité des liaisons et les moments dipolaires, mais

également d’introduire de nouveaux concepts d’effets inductifs et de champ.

4.2. Electronégativités et liaisons polaires

Des différentes échelles d’électronégativité existantes, c’est celle de Pauling qui est

la plus communément utilisée. Les valeurs d’électronégativité importantes pour les

molécules polaires organiques sont reprises dans le tableau ci-dessous.

Famille 14 Famille 15 Famille 16 Famille 17

H : 2,2

C : 2,6 N : 3,0 O : 3,4 F : 4,0

H Si I I SiSi

HH

2

une des extrémités de l'acétylèneest protégée et ne peut subirde réaction de couplage

+Pd(0), CuIEt3N

NaOH

Produit déprotégé dans lequel l'alcyne terminal est prêt à réagir



S : 2,6 Cl : 3,2

Br : 3,0

I : 2,7

En utilisant les valeurs d’électronégativité, nous pouvons déterminer si une liaison

hétéronucléaire est polaire ou non. Par exemple, les valeurs de la table ci-dessus permettent

d’aboutir aux conclusions ci-dessous concernant les liaisons C-O, C-N, C-F, C-Cl et O-H :

Cfr. Tableau classe

La direction de la flèche montrant le moment dipolaire pointe de la partie δ+ de la

liaison, vers la partie δ-. Dans les chapitres à venir, nous allons avoir à faire avec des

molécules qui contiennent ce type de liaisons : halogénoalcanes, éthers, alcools et amines.

4.3. Moments dipolaires moléculaires

Molécules polaires et non polaires

Les moments dipolaires sont des vecteurs et un moment dipolaire moléculaire est la

résultante des dipôles de chaque liaison, dès lors, la présence d’une liaison polaire ne

signifie pas nécessairement qu’une molécule est polaire. Par exemple, le CCl4 tétraédrique

n’est pas polaire en dépit du fait qu’il possède quatre liaisons polaires C-Cl, parce que ces

dipôles s’annulent globalement.

De nombreuses molécules possèdent plus d’un type de substituant et les différents

moments dipolaires de chaque liaison agissent dans des directions différentes. Qu’il y ait ou

non un moment dipolaire moléculaire résultant dépend de :

• La forme de la molécule

• Des directions et amplitudes relatives de chaque dipôle de liaison

• De la présence de paires d’électrons libre

Considérons CH3F. La molécule est pratiquement tétraédrique et les seules paires

libres sont sur l’atome de F. Les valeurs d’électronégativité de la table donnée plus haut

montrent que chaque liaison C-H présente un moment dipolaire Cδ--Hδ+ et que la liaison C-F



est polaire dans le sens Cδ+-Fδ-. Les moments de liaison se renforcent l’un l’autre et le

moment dipolaire moléculaire résultant est montré en rouge dans la structure ci-dessous.

Considérons maintenant CCl3F. La molécule est polaire, mais présente un moment

dipolaire plus petit que celui de CH3F. Chaque liaison C-Cl est polaire dans le sens Cδ+-Clδ-

et la résultante de ces trois moments dipolaires de liaison s’oppose au moment de la liaison

C-F. Ceci explique l’amplitude et la direction du moment dipolaire moléculaire de CCl3F

illustré dans la figure ci-dessous.

Les effets de la géométrie moléculaire et des paires libres ne sont pas toujours faciles

à évaluer qualitativement. Dans l’éthanol, par exemple, le moment dipolaire moléculaire

dépend de la résultante des moments dipolaires des liaisons C-O et O-H, et des moments

dipolaires associés aux deux paires libres d’électrons sur l’atome d’O. Le schéma, ci-

dessous, illustre ce problème.

Qualitativement, tout ce que nous pouvons conclure, c’est que la molécule d’éthanol

est polaire et l’extrémité OH de la molécule sera globalement δ- par rapport à la chaîne

alkyle. La direction exacte du moment dipolaire moléculaire ne peut être déterminée sans

avoir recourt au calcul vectoriel.

Limitation des prédictions quantitatives

Il faut toutefois se montrer prudent lorsque l’on tire des conclusions sur l’amplitude et

la direction d’un moment dipolaire moléculaire. Bien que nous puissions utiliser les trois

critères vus ci-dessus pour prédire et rationaliser la polarité ou non d’une molécule, d’autres

facteurs contribuent à l’amplitude du moment dipolaire. Pour illustrer cela, considérons deux

exemples. D’abord, considérons la tendance des valeurs de moments dipolaires pour les

halogénoalcanes suivants, en phase gazeuse :

H H

F

HCl Cl

F

Cl

O H

H H

H

HH H

F

HH H

Cl

HH H

Br

HH H

I

H

µ = 1,86 D µ = 0,46 D

µ = 1,86 D µ = 1,89 D µ = 1,82 D µ = 1,62 D



Chaque molécule est pratiquement tétraédrique et sur base des valeurs

d’électronégativités du tableau donné plus haut, on prédit des moments dipolaire dans l’ordre

CH3F > CH3Cl > CH3Br > CH3I avec CH4 non polaire. Cependant, les données

expérimentales pour les molécules en phase gazeuse révèlent que le moment dipolaire de

liaison de CH3Cl > CH3F, une observation qui n’est pas directement explicable.

Le second exemple concerne les moments dipolaires de CH3F, CH2F2 et CHF3, qui

sont de 1,86 ; 1,98 et 1,65 D pour les molécules en phase gazeuse. A première vue, on

pouvait s’attendre à ce que les moments dipolaires suivent un ordre qui reflète le nombre

d’atomes de F, mais ce n’est pas ce qui est observé. Chaque molécule a un angle de liaison

proche de 109,5°. Suivant la forme moléculaire et les valeurs d’électronégativité, on peut

prédire correctement que chaque molécule est polaire et la combinaison des vecteurs donne

les directions des moments dipolaires moléculaires comme suit :

Quantifions à présent ces affirmations. Une méthode approximative pour l’estimation

des valeurs d’un moment dipolaire moléculaire est d’estimé les moments dipolaires de

liaison en utilisant les valeurs d’électronégativité, puis de combiner les moments de liaison

pour donner le vecteur résultant. Par exemple :

• pour la liaison C-H, la valeur du moment dipolaire est de 2,6 – 2,2 = 0,4 D, dans le

sens H C

• pour la liaison C-F, la valeur du moment dipolaire est de 4,0 – 2,6 = 1,4 D, dans le

sens C F

Prenons le cas de CH2F2, on peut déterminer assez aisément le sens du moment

dipolaire moléculaire (celui de la figure ci-dessus). Reste à calculer la valeur du moment

suivant le raisonnement suivant :

• Contribution des liaisons C-F = 2 x (1,4 x cos(54,75)) = 1,6 D

• Contribution des liaisons C-H = 2 x (0,4 x cos(54,75)) = 0,5 D

Elles agissent toutes deux dans le même sens et le moment dipolaire moléculaires

estimé pour CH2F2 est donc de 1,6 + 0,5 = 2,1 D.

Dans le cas de CHF3, on peut estimer le moment dipolaire moléculaire comme suit :

L’angle entre les liaisons C-F et le moment dipolaire moléculaire global est de 180 –

109,5 = 70,5°. La contribution des liaisons C-F est donc de 3 (1,4 x cos(70,5)) = 1,4 D. En ce

qui concerne la contribution de C-H, elle est de 0,4 D, comme nous l’avons déterminé plus

haut.

H H

F

HF H

F

HH F

F

F



Ces deux contributions agissent dans le même sens et le moment dipolaire

moléculaire estimé pour CHF3 est donc de 1,4 + 0,4 = 1,8 D.

Il est possible d’estimer de la même façon la valeur du moment dipolaire moléculaire

de CH3F (et on trouve 1,8 D). Bien que les valeurs estimées pour CH3F, CH2F2 et CHF3, à

savoir 1,8 ; 2,1 et 1,8 D, ne correspondent pas aux valeurs expérimentales de 1,86 ; 1,98 et

1,65 D, nous pouvons au moins commencer à comprendre pourquoi les moments dipolaires

moléculaires ne suivent pas simplement l’ordre CHF3 > CH2F2 > CH3F.

4.4. Effets inductif

La présence d’une liaison polaire C-X peut influencer la chimie d’une molécule

organique de plusieurs façons. Nous allons, ici, nous concentrer sur deux d’entre elles :

• La distribution de charge dans la molécule est altérée et l’atome de carbone auquel X

est attaché devient un centre de réactivité.

• La distribution de charge dans la molécule est altérée et la réactivité, des autres

atomes de C que celui auquel X est attaché, est modifiée.

Le premier point est direct. Si X est δ- et le carbone auquel il est attaché est δ+, alors

l’atome de carbone est très susceptible de subir une attaque par des nucléophiles. Nous

verrons cela en détail dans des chapitres ultérieurs. Le second point concerne des effets à

longue distance dus à la présence d’un atome électronégatif. Considérons le chloroéthane.

Dans la liaison C-Cl, l’atome de chlore électronégatif attire les électrons vers lui, rendant

l’atome de carbone auquel il est attaché partiellement positif. Cependant cet atome peut

partiellement compenser ce mouvement d’électron en attirant, à son tour, les électrons de

son carbone voisin. Ce que l’on peut schématiser par C C Cl. C’est l’effet inductif.

L’effet inductif se produit le long des liaisons σ et est également décrit comme un

« effet σ ». Son amplitude dépend de la distance. La taille du dipôle induit sur un centre

carboné décroit habituellement à mesure que ce C est plus éloigné de l’atome électronégatif.

Effets des groupements électro-attracteurs sur les valeurs de pKa

L’effet inductif peut être utilisé pour rationaliser partiellement l’accroissement de force

des acides haloacétiques par rapport à l’acide carboxylique parent. Par exemple, les valeurs

de pKa de CH3CO2H et CCl3CO2H sont de 4,77 et 0,70, respectivement. Cela signifie que

l’acide trichloroacétique se dissocie bien plus en solution aqueuse que l’acide acétique.

L’effet inductif plus important du groupement CCl3 que celui du groupement CH3

facilite la perte d’un proton par le groupe fonctionnel CO2H et stabilise l’ion CCl3CO2-. A la

fois dans CH3CO2- et CCl3CO2

-, la charge négative est délocalisée sur les deux atomes de

carbones. Cela peut se représenter par la paire de résonance, ou l’hybride de résonance où



X = H ou Cl, ci-dessous. La charge négative est plus stabilisée si X est un électro-attracteur,

par exemple X = Cl, et cette stabilisation de CCl3CO2- encourage la réaction de

déprotonation dans l’équilibre de dissociation.

L’effet diminue si on augmente le nombre de liaison C-C entre la fonction CO2H et le

substituant électro-attracteur. C’est ce qui est illustré dans le tableau ci-dessous :

L’introduction d’un substituant Cl dans CH3CO2H en décroit significativement la valeur de

pKa, mais les différences entre paires de valeurs de pKa pour CH2Cl(CH2)nCO2H et

CH3(CH2)nCO2H (n = 1, 2 ou 3) sont plus faibles.

Acides pKa Dérivés chlorés pKa

4,77

2,81

4,87

4,09

4,81

4,52

4,85

4,72

Les exemples, ci-dessus se focalisent sur les acidités relatives d’acides

carboxyliques. Toutefois, l’introduction d’un groupement électro-attracteur sur un composé

tel que le méthane produit des effets encore plus spectaculaire. Le pKa du méthane est

d’environ 48, alors que celui du trichlorométhane est de 25. La base conjuguée de CH4 est

donc très faiblement stabilisée, alors que celle de CHCl3 l’est beaucoup plus grâce à la

présence des atomes de chlore qui attirent cette charge vers eux.

O

OX

X

X X

X

X

O

O X

X

X

O

O-

O

OH

O

OHCl

O

OH

O

OHCl

O

OH

O

OHCl

O

OH

O

OHCl



5. Les halogénoalcanes

5.1. Structure et nomenclature

Dans cette section, nous allons donner les bases de la nomenclature organique pour

incorporer les groupes fonctionnels halogénoalcanes. La formule générale pour un

halogénoalcane (ou halogénure d’alkyle) est RX où R est un groupement alkyle et X un

halogène.

Les halogénoalcanes avec un seul atome d’halogène

Le groupement alkyle dans RX peut avoir une chaîne droite ou branchée. Lorsque

l’on nomme un composé relativement simple, les mêmes règles, que celles décrites dans la

section 1.4., sont d’application, en tenant compte, cette fois que l’on considère la plus longue

chaîne contenant l’atome de carbone sur lequel est attaché l’halogène. Le nom des

halogénoalcanes est formé en ajoutant à la racine alcane un préfixe fluoro-, chloro-, bromo-

ou iodo-. Les composés représentés ci-dessous sont des dérivés bromo du pentane, avec

une chaîne droite. Dans chacun d’eux, la chaîne principale de carbone est numérotée de

façon à ce que le substituant Br ait le numéro de position le plus petit possible.

Pour les composés dans lesquels il y a d’autres substituants en plus de l’atome

d’halogène, la chaîne carbonée est numérotée en commençant par la fin la plus proche du

premier substituant, que ce soit l’halogène ou non.

Quatre isomères de C6H13Cl sont représentés ci-dessous. La chaîne principale doit

contenir le carbone sur lequel est attaché le chlore :

Dans trois des isomères, la chaîne principale contient cinq carbones et le nom est

donc basé sur le pentane. Les substituants sont ordonnés alphabétiquement (ex : 1-chloro-3-

méthylpentane et non 3-méthyl-1-chloropentane). Dans le dernier isomère, la chaîne

principale (choisie pour contenir le carbone sur lequel est attaché Cl) contient quatre

carbones et son nom est donc basé sur le butane.

BrBr

1-bromopentane2-bromopentane

ClCl

ClCl

1-chloro-3-méthylpentane 2-chloro-3-methylpentane 3-chloro-3-méthylpentane 1-chloro-2-éthylbutane



Les halogénoalcanes avec plus d’un atome d’halogène

Un halogénoalcane à chaîne droite avec deux substituants halogènes identiques est

numéroté de sorte que les numéros de position soient aussi petits que possible. Par

exemple :

Si des atomes d’halogènes différents sont présents, les préfixes correspondants sont

classés alphabétiquement, par exemple : 1-bromo-2-chlorobutane.

Halogénoalcanes primaires, secondaires et tertiaires

Lorsqu’un atome d’halogène est attaché à un carbone terminal, le composé est un

halogénoalcane primaire ; la formule générale est RCH2X. Un composé dont la structure

générale est R2CHX est un halogénoalcane secondaire. Finalement, dans un

halogénoalcane tertiaire, trois groupements alkyles sont attachés au carbone porteur de

l’halogène et la formule générale en est R3CHX. Les groupements R, dans ces formules

générales peuvent être identiques, ou non.

5.2. Synthèse des halogénoalcanes

En étudiant la chimie des alcanes et des alcènes, nous avons décrit la formation

d’halogènes dans un bon nombre de réactions et des détails peuvent être obtenus en se

référant aux sections adéquates :

• Réaction de X2 avec les alcanes.

• Formation de dihalogènures vicinaux par addition électrophile de X2 à un alcène.

• Formation d’halogénoalcanes par addition électrophile de HX à un alcène.

• Formation d’halogénoalcanes par addition radicalaire de HX à un alcène.

• Formation de gem-dihalogénures par réaction de HX avec un alcyne.

La première de ces méthodes n’est pas une technique utile pour la formation de

dérivés halogénés spécifiques. Il est difficile de contrôler les réactions de substitutions

radicalaires et des mélanges de produits sont obtenus. L’addition électrophile de X2 (X = Cl

ou Br) donne des dihalogénures vicinaux avec un bon rendement. Les monohalogénures

sont produits par addition de HX (X = Cl, Br ou I) à un alcène et, comme nous l’avons discuté

antérieurement, l’addition est régiosélective avec l’atome de X qui s’attache au carbone le

plus substitué (Markovnikov), comme on peut le voir dans la réaction ci-dessous.

Br Br

F

F1,5-dibromopentane 2,3-difluorohexane



L’addition de HX sous des conditions radicalaires donne un produit anti-Markovnikov

comme dans la réaction ci-dessous.

Nous avons également décrit la bromation allylique en utilisant le NBS, une réaction

qui permet la bromation d’un carbone adjacent à une double liaison C=C.

Les réactions entre les alcanes ou les alcènes et F2 sont explosives et donc les

fluoroalcanes sont habituellement préparés en utilisant un agent de fluoration alternatif.

L’équation ci-dessous illustre l’utilisation de HF/SbF5 avec fluoration par échange partiel d’un

halogène.

Un groupement trifluorométhyle (CF3) est présent dans l’antidépresseur Prozac,

commercialisé par Lilley et qui fait partie des produits pharmaceutiques les mieux vendu

dans le monde.

BrBr+ HBr +

majoritaire

BrHBr + amorceur radicalaire

Cl

Cl

Cl

Cl

Cl

Cl

HF, SbF5Cl

Cl

Cl

F

Cl

Cl HF, SbF5

F

Cl

Cl

F

Cl

Cl

HF, SbF5F

Cl

Cl

F

F

Cl

HF, SbF5F

F

Cl

F

F

Cl



Une voie commune et pratique pour la préparation d’halogénoalcanes consiste à les

synthétiser à partir de leur alcool correspondant, comme dans le schéma général ci-dessous.

ROH + HX RX + H2O (X = Cl, Br, I)

Les alcools tertiaires sont les plus réactifs et l’ordre de réactivité est :

R3COH > R2CHOH > RCH2OH

Il en résulte donc que cette réaction est plus souvent utilisée pour des alcools

tertiaires que pour des alcools secondaires ou primaires. Nous reviendrons sur le

mécanisme de cette réaction et sur les raisons de cette différence de réactivité dans un

chapitre ultérieur.

Pour la conversion d’alcools primaires ou secondaires en halogénoalcanes, les

réactions avec le chlorure de thionyle (SOCl2), les halogénures de phosphore (III) (PCl3,

PBr3, PI3) ou le chlorure de phosphore (V) (PCl5) sont plus utiles. Les réactions ci-dessous

en sont des exemples. Un avantage d’utiliser SOCl2 est que les produits secondaires (HCl et

SO2) sont des gaz, ce qui rend l’isolation du produit organique aisée.

5.3. Les propriétés physiques

Les liaisons C-X

Les valeurs d’électronégativité de la section 4.2. montre que chaque liaison C-X (X =

F, Cl, Br, I) est polaire dans le sens Cδ+-X δ-, et nous avons considéré l’influence de ce fait sur

les moments dipolaires moléculaires dans le chapitre 4.

O

NH

F

F

F

prozac

OH ClHCl conc ; 298 K

OH ClSOCl2

OHPBr3, reflux

Br



Températures d’ébullition

Un halogénoalcane présente, habituellement, une température d’ébullition plus haute

que l’alcane correspondant. La figure ci-dessous illustre la tendance en point d’ébullition

dans la série CH4-xClx et montre que l’accroissement du nombre d’atomes de Cl mène à

l’accroissement de la température d’ébullition : CH2Cl2, CHCl3 et CCl4 sont des liquides à

298, alors que CH4 et CH3Cl sont des gaz. La tendance en accroissement de point

d’ébullition suit l’accroissement en masse moléculaire.

Chloro-, bromo- et iodoalcanes liquides

Les chloro-, bromo- et iodoalcanes liquides sont habituellement plus denses que l’eau

et la densité augmente avec l’augmentation du degré de substitution en halogène. Par

exemple, les densités de CH2Cl2, CHCl3 et CCl4 sont de 1,33 ; 1,48 et 1,59 respectivement.

Les halogénoalcanes liquides sont habituellement non miscibles à l’eau. C’est logique du fait

que l’eau est polaire, mais que les halogénoalcanes tels que CCl4 et CBr4 ne sont pas

polaires. A la fois CHCl3 et CH2Cl2 sont polaire, comme nous l’avons vu au chapitre

précédent. Pourtant, ces deux liquides ne sont pas miscibles à l’eau. Cela peut être attribué

au fait que les interactions dipôle-dipôle entre l’eau et l’halogénoalcane ne compense pas

suffisamment la perte de liaisons hydrogènes entre les molécules d’eau.

Bien que les halogénoalcanes liquides aient été largement utilisés comme solvant de

lavage à sec, il est maintenant établi que certains d’entre eux pouvaient causer des

dommages au foie et que d’autres sont suspectés d’être cancérigènes. Le dichlorométhane



et le trichlorométhane (chloroforme) sont des solvants de laboratoire communs, même si les

risques pour la santé associés aux solvants chlorés, particulièrement CCl4, on conduit à

réduire leur utilisation.

5.4. Les réactions des halogénoalcanes : formation de réactifs de

Grignard et d’organolithiens

Les halogénoalcanes permettent habituellement les types généraux de réactions

suivants :

• Substitution nucléophile de X-

• Elimination de HX pour donner un hydrocarbone insaturé

• Formation de réactifs de Grignard

• Formation d’organolithiens

Dans cette section, nous allons étudier l’utilisation des halogénoalcanes pour la

formation de deux types de composés organométalliques : les réactifs de Grignard et les

organolithiens. Plus tard dans le chapitre, nous nous pencherons sur une vue plus détaillée

des réactions de substitution nucléophile et d’élimination.

Les réactifs de Grignard

Les réactifs de Grignard sont des composés organométalliques de type général

RMgX et sont de grande importance en chimie organique de synthèse comme réactifs

alkylant. La liaison Mg-C est hautement polaire dans le sens Mgδ+-Cδ- ce qui contribue à la

réactivité des réactifs de Grignard. Ils sont sensibles à l’air et à l’humidité et sont

habituellement préparés in situ, c'est-à-dire que les composés ne sont pas isolés, mais sont

préparés dans des solutions d’éther, comme requis, en travaillant sous atmosphère inerte

(sans oxygène, ni humidité). Alternativement, certains des réactifs de Grignard les plus

utilisés peuvent être achetés de compagnies commerciales. Les solvants habituels pour les

réactifs de Grignard sont le diéthyléther et le tétrahydrofurane (THF) anhydre. Le magnésium

métallique réagit avec une halogénoalcane suivant l’équation ci-dessous et une liaison MG-C

est formée.

La réaction peut être amorcée par ajout de I2 ; il réagit pour donner une surface de

magnésium pour donner une surface propre et hautement réactive. La vitesse à laquelle la

réaction ci-dessus se déroule suit l’ordre RI > RBr > RCl, et les halogénoalcanes primaires,

R X MgO

O

R Mg X+ou



secondaires et tertiaires réagissent tous avec Mg. Les équations ci-dessous en illustrent

quelques exemples. La méthode peut être étendue aux halogénures d’aryles, par exemple le

chlorobenzène.

Nous verrons les utilisations de réactifs de Grignard dans des chapitres ultérieurs, et

leur utilité en synthèse est illustrée dans la figure ci-dessous. Cette figure montre les

réactions entre des réactifs de Grignard et des groupements carbonyles et des donneurs de

proton.

Bien que l’on représente les structures des réactifs de Grignard comme ayant une

coordination de 2 pour le Mg, la formation d’adduits avec des solvants donneurs tels que le

THF ou l’Et2O conduit typiquement à une coordination de 4. Par exemple, EtMgBr cristallise

à partir de solutions dans le diéthyléther comme l’adduit illustré ci-dessous, lequel contient

un Mg approximativement tétraédrique.

Br MgEt2O

MgBr

ClMg

Et2OMgCl

+

+



Les organolithiens

Les composés organolithiens, RLi, sont des composés organométalliques qui se

comportent comme des sources de carbanions, R-, et ont de nombreuses utilités en

synthèse. Les alkyllithiens sont utilisés comme agent d’alkylation. Les alkyllithiens, comme

les aryllithiens, peuvent être préparés par traitement d’un halogénoalcane avec du lithium

sous atmosphère inerte. L’absence d’air et d’humidité est essentielle puisque le Li métallique

et les dérivés RLi réagissent avec H2O et O2. Les solvants doivent être anhydres.

RX + 2 Li RLi + LiX

Un réactif organolithien particulièrement important est le n-butyllithium, nBuLi, qui peut

être synthétisé par la réaction suivante :

Le n-butyllithium est également disponible commercialement sous forme de solution

dans l’hexane, scellé sous atmosphère d’azote ou peut être facilement synthétisé, à petite

échelle, dans un laboratoire. D’autres réactifs organolithiens commercialement disponibles

sont le MeLi et le PhLi. Les organolithiens peuvent agir comme nucléophiles et comme base.

La figure ci-dessous montre quelques exemples d’utilisation de RLi. Le MeLi et BuLi sont

communément utilisés comme agents de déprotonnation ; la valeur du pKa de CH4 est de 48

et donc Me- est une base très forte.

MgBrO

O

BrLi, pentane

Li LiBr+



5.5. Les réactions des halogénoalcanes : substitution électrophile

vs élimination

Le fait que la liaison C-X est polaire dans le sens Cδ+-X δ− signifie que l’atome de

carbone dans un halogénoalcane est susceptible d’être attaqué par des nucléophiles ; le

carbone qui porte une charge partielle positive dans un halogénoalcane agit comme un

électrophile. Deux réactions peuvent avoir lieu lorsqu’un nucléophile attaque :

• Le nucléophile, Nu- peut s’attacher à l’atome de carbone de la liaison C-X et X- part,

ou

• Une base, B, peut arracher un atome d’H de l’atome de carbone adjacent de la

liaison C-X et il y a élimination simultanée de X- pour donner un alcène.

R X Nu- R Nu X

RX

H H

H H

RH

H

HBH+ X

+ +

+ B + +



Dans les sections suivantes, nous étudierons les manières dont l’élimination et la

substitution ont lieu et la compétition qu’il peut y avoir éventuellement lieu entre elles.

5.6. Substitution nucléophile

Le mécanisme de la SN1

Considérons la réaction de Me3CCl avec H2O qui obéit à une loi de vitesse d’ordre 1.

Pour qu’un mécanisme réactionnel puisse expliquer une loi de vitesse de ce type doit

comprendre une étape cinétiquement limitante faisant intervenir seulement Me3CCl. Le

nucléophile, H2O, doit être impliqué dans une étape rapide. Les étapes du mécanisme SN1

sont illustrées ci-dessous :

L’étape lente est le clivage dissociatifs spontané de la liaison C-Cl, c'est-à-dire une

étape unimoléculaire. Un ion chlorure part (Cl- est le groupement partant) et un carbocation

est formé. C’est un intermédiaire réactionnel, qui réagit en une étape rapide avec tout

nucléophile disponible. Dans la réaction ci-dessus, le nucléophile est H2O. Lorsque la liaison

C-O se forme, la charge positive est transférée du carbone vers l’oxygène, et il s’en suit,

rapidement, une perte de H+ pour donner le produit. Il est également, bien entendu possible

que le carbocation soit attaqué par Cl- pour régénérer le matériel de départ.

Le mécanisme de la SN2

Maintenant étudions la substitution nucléophile qui présente un second ordre global,

avec une vitesse de réaction qui dépend à la fois de la concentration en halogénoalcane et

en nucléophile. Un mécanisme qui permette d’expliquer ces données fait intervenir un

processus en une étape, c'est-à-dire que l’étape limitante est un mécanisme d’échange

bimoléculaire. C’est ce que l’on appelle un mécanisme de SN2 et c’est ce qui est illustré dans

le schéma ci-dessous :

ClC

+Cl

C+

H2O:O

+ HH OH

+



La formation de la liaison C-Cl et la rupture de la liaison C-Br ont lieu en une seule

étape et le processus est dit « concerté ». Il n’y a pas formation d’un intermédiaire. Le

chemin réactionnel passe par un état de transition illustré ci-dessous :

SN1 ou SN2 ?

Nous venons de mettre en évidence les détails de deux mécanismes extrêmes de la

substitution nucléophile, mais qu’est-ce qui détermine que l’un des chemin est suivi plutôt

qu’un autre pour une réaction particulière ? Les deux mécanismes compétitionnent-ils eu

sein de la même réaction ? Les réponses à ces questions ne sont pas simples parce qu’il y a

un nombre de facteurs contributifs important :

• La nature du carbocation qui est formé si la réaction se déroule suivant le mécanisme

SN1

• Des effets stériques

• Le nucléophile

• Le groupement partant

• Le solvant.

Nous étudierons chaque facteur séparément. Cependant, il est important de garder à l’esprit

que, en pratique, il y a une interaction entre ces facteurs et qu’en tirer des conclusions

générale n’est pas du tout aisé. Un point crucial à garder également à l’esprit est que pour

qu’un mécanisme dissociatif SN1 soit favorisé, un clivage hétérolytique de la liaison C-X doit

avoir lieu directement.

Le carbocation

Nous avons parlé des carbocations dans la section 3.5 et décrit la façon dont ils sont

stabilisés par les groupements attracteurs d’électrons. L’ordre général de stabilité des

carbocations ou R est un groupement alkyle est :

R3C+ > R2HC+ > RH2C+ > H3C+

Les carbocations formés par le départ de X- d’un simple halogénoalcane

correspondent à l’une des catégories ci-dessus, mais d’autres types de cations sont formés

H H

Br

H:Cl-

HH

Cl

H

Br+

H

HHBrCl

‡



si le composé de départ contient d’autres groupements fonctionnels. Deux carbocations, les

cations allyliques et benzyliques, présentent une stabilité particulière. Si le composé

halogéné de départ contient un substituant X attaché à un carbone adjacent à une double

liaison C=C, alors la perte de X- génère un carbocation allylique qui est stabilisé par les

contributions des deux structures de résonance. Alternativement, la stabilisation peut être

représentée en termes de délocalisation de liaison.

Lorsque le composé halogéné contient un groupe CH2X attaché à un cycle

benzénique, la perte de X- donne un carbocation benzylique. Nous discuterons de la chimie

du benzène et de ses dérivés ultérieurement, mais nous sommes ici intéressé par la

réactivité du substituant CH2X. La stabilité accrue du carbocation benzylique a pour origine

les contributions de chaque structure de résonance illustrées ci-dessous. Le résultat net en

est que la charge positive est délocalisée sur l’ensemble du cycle.

Les carbocations allylique et benzylique sont des types de carbocations primaires

(RCH2+) mais leur stabilisation par résonance signifie que leur stabilité est plus importante

que celles de carbocations primaires où R = alkyle. Globalement, la stabilité des

carbocations peut être résumée comme suit, où R = alkyle :

Que signifient donc ces stabilités relatives en terme de mécanisme de substitution

nucléophile ? Le plus stable des carbocations est celui pour lequel la perte d’un X- comme

étape cinétiquement limitante est la plus probable. Dans ce cas, un mécanisme de type SN1

est donc le plus probablement favorisé. Alors que l’halogénoalcane tertiaire Me3CCl se fait

très rapidement hydrolyser, les composés secondaires et primaires Me2CHCl et MeCH2Cl

sont hydrolysés seulement lentement. L’hydrolyse est plus rapide si un intermédiaire

allylique peut être formé. Donc, dans les mêmes conditions (même température, solvant,

concentration, etc.), les vitesses relatives d’hydrolyse d’une série de chlorures sont :

X C+- X-

C+

H

HC

+

H

H

C+

H

H

C+

H

H

RC

+

R

R C+ HH

C+

RC

+

H

R

RC

+

H

H

HC

+

H

H> ~ ~ > >



La vitesse la plus élevée correspond à un halogénoalcane tertiaire subissant une SN1

avec l’eau ; souvenons-nous que la vitesse est indépendante du nucléophile. La seconde

vitesse la plus élevée correspond à un système qui peut former un carbocation allylique et

pour lequel un mécanisme SN1 est favorable. La vitesse d’hydrolyse du chloroalcane

secondaire est faible ; le mécanisme SN1 est possible, mais il n’est pas spécialement

favorisé et il y a compétition avec le mécanisme SN2. Le chloroalcane primaire présente la

vitesse d’hydrolyse la plus faible ; le mécanisme SN1 n’est pas favorable et la réaction se

déroule très probablement suivant un mécanisme SN2. Comme nous l’avons vu, la vitesse

de réaction d’une réaction SN2 dépend du nucléophile aussi bien que de l’halogénoalcane ;

la vitesse d’hydrolyse de MeCH2Cl est très faible, ce qui est cohérent avec le fait que H2O

est un nucléophile faible. Nous y reviendrons plus tard.

En résumé :

• La formation d’un carbocation tertiaire favorise la SN1 sur la SN2

• La formation d’un carbocation allylique ou benzylique favorise la SN1 sur la SN2, mais

pas de façon aussi tranchée

• La formation d’un carbocation secondaire est suffisamment favorable pour permettre

à la SN1 d’avoir lieu, mais il y aura compétition avec la SN2

• Les carbocations primaires et méthyliques ne sont pas favorisés et une dissociation

spontanée de l’halogène du précurseur correspondant n’a pas lieu.

Les effets stériques

Si on retourne à la discussion concernant le mécanisme de la SN2, il est alors clair

que l’approche du nucléophile et la formation d’un état de transition est stériquement

défavorable si le carbone central porte des substituants volumineux. Le nucléophile doit être

capable d’attaquer l’atome de carbone au travers d’un « bouclier » de substituants. La figure

ci-dessous montre les structures à « espace rempli » de CH3Br, MeCH2Br, Me2CHBr et

Me3CBr. Chaque molécule est vue avec la liaison C-Br qui pointe vers le dos de la feuille, ce

qui correspond à la vue qu’a le nucléophile lorsqu’il se dirige vers l’atome de carbone central.

Cl Cl Cl Cl> > > > >



Les substituants les plus petits possibles sont les hydrogènes et l’attaque nucléophile

du carbone dans CH3X est aisée. Donc le mécanisme SN2 est favorisé pour les halogénures

de méthyle. Similairement, l’attaque par un nucléophile sur l’atome de carbone primaire de

MeCH2Br n’est pas très gênée stériquement et le mécanisme SN2 peut avoir lieu

directement. Il est plus difficile pour le nucléophile d’attaquer un carbone secondaire

Me2CHBr et plus encore d’attaquer un carbone tertiaire Me3CBr. Les halogénoalcanes

secondaires peuvent subir des réactions SN2, mais la réaction est généralement lente à

cause de l’encombrement stérique. Les halogénoalcanes tertiaires ne peuvent subir une

SN2. L’encombrement stérique joue un rôle, mais la vitesse à laquelle un carbocation tertiaire

se forme est tellement rapide que cette étape empêche de toute façon la SN2 d’avoir lieu.

Les deux derniers types d’espèces dont nous avons parlé dans le paragraphe

précédent sont les halogényres allyliques et benzyliques. Nous avons montré comment ils

pouvaient, tous deux subir une SN1. Cependant, tous deux sont des halogénoalcanes

primaires et ils peuvent également subir une SN2. Plus encore, le système π qui est adjacent

au site de l’attaque nucléophile aide à stabiliser l’état de transition.

En résumé :

• Les réactions de SN2 peuvent avoir lieu si l’attaque par un nucléophile sur le carbone

est stériquement possible.

• Les halogénures de méthyle et les halogénoalcanes primaires sont les meilleurs

candidats pour un mécanisme SN2, lequel est encore plus favorisé pour les

halogénures allyliques et benzyliques par délocalisation des électrons π dans l’état de

transition

• Les halogénoalcanes tertiaires ne subissent pas de réaction SN2.

Le nucléophile

La vitesse d’une réaction SN2 montre une dépendance du premier ordre vis-à-vis du

nucléophile. En outre, la vitesse de réaction est affectée par la nature du nucléophile. Toutes

les espèces attaquantes ne sont pas d’aussi bons nucléophiles les unes que les autres. La



constante de vitesse est caractéristique d’une réaction particulière et, si nous considérons

une réaction SN2 avec un substrat halogénoalcane fixé, nous trouvons que k varie avec le

nucléophile. Cette observation est habituellement discutée en termes de nucléophilie du

groupe entrant, toutes les autres conditions (halogénoalcanes, solvant, température) étant

fixées. Malheureusement, la nucléophilie n’est pas facile à définir, mais il est utile, de penser

à un bon nucléophile (dans le cadre de l’attaque d’un halogénoalcane) comme à une espèce

capable de facilement former une liaison avec un Cδ+ qui faisait originellement partie d’une

liaison C-X. Il est également utile de faire une comparaison entre nucléophilie et basicité,

puisqu’il est habituellement établi qu’une bonne base est une espèce qui capture facilement

un H+.

Ce dernier point nécessite quelques explications supplémentaires. Les réactions de

CH3Br avec HO-, CH3CO2- et H2O suivent un mécanisme SN2 et leurs vitesses suivent l’ordre

suivant : HO- > CH3CO2- > H2O. La nucléophilie de ces espèces est donc HO- > CH3CO2

- >

H2O. Considérons maintenant l’affinité de chaque nucléophile pour un proton, c'est-à-dire la

basicité de chaque espèce. Cela peut se faire en étudiant les valeurs de pKa de l’acide

conjugué : pKa H2O > pKa CH3CO2H > pKa H3O+, ce qui signifie que H3O+ donne plus

facilement un H+ et que H2O en accepte le moins facilement. Souvenons-nous que si un pKa

est grand, cela, alors le Ka pour l’acide est faible, l’équilibre est déplacé vers la gauche, et A-

est une base relativement forte. Plus le pKa est grand, plus la basicité de A- est importante.

HA ↔ H+ + A- pKa = -log Ka

Donc, les valeurs de pKa de H2O, CH3CO2H et H3O+ montrent que l’ordre de basicité

est HO- > CH3CO2- > H2O, un ordre qui est comparable à celui de leur nucléophilie. En

général, dans une série de nucléophiles qui contiennent le même atome donneur, on peut

utiliser les valeurs de pKa pour se faire une idée approximative des forces relatives des

espèces en tant que nucléophiles.

Lorsque les membres d’une série de nucléophiles contiennent des atomes donneurs

différents (à nouveau en supposant l’halogénoalcane, ainsi que les autres conditions fixés)

alors la tendance dans les valeurs de pKa ne peuvent servir de guide fiable à leur

nucléophilies. Cependant, à partir des données de cinétique, on peut tracer quelques

tendances utiles : les nucléophiles qui appartiennent à même groupe périodique deviennent

plus fort à mesure que l’on descend dans ce groupe. Par exemple, les nucléophilies suivent

habituellement l’ordre :

I- > Br- > Cl-

HS- > HO-

RS- > RO- (R = alkyle)



On peut se faire une vue d’ensemble des points dont nous venons de discuter en

étudiant les vitesses relatives des réactions de différents nucléophiles avec CH3Br (dans un

solvant commune, l’éthanol) ; les vitesses relatives sont exprimées par rapport à l’attaque

par l’eau :

Nucléophile HS- I- HO- Cl- CH3CO2- H2O

Vitesse relative ~125 000 ~100 000 ~12 000 ~1 000 ~800 1

Les termes nucléophiles durs et mous sont souvent utilisés, et l’application de ces

termes est similaire à celle qui est utilisée en chimie de coordination des ligands. Les

nucléophiles durs tendent à posséder un O ou N comme atome attaquant, par exemple HO-

et NH2-, alors que les nucléophiles mous portent des atomes moins électronégatifs qui sont

plus bas dans les groupes périodiques, par exemple RS- et I-. Tant que l’on envisage une

substitution SN2 avec des halogénoalcanes, les nucléophiles mous sont meilleurs que les

durs (il suffit de regarder les vitesses relatives ci-dessus pour en être convaincu). Mais la

situation peut être renversée pour l’attaque d’autres centres, comme nous le verrons

ultérieurement lorsque nous parlerons de l’attaque nucléophile sur des groupements

carbonyles.

En résumé :

• La tendance en nucléophilie des espèces est généralement comparable à celle de

leur basicité, en supposant que l’atome attaquant est constant dans la série de

nucléophiles

• Pour les espèces appartenant à un groupe périodique, la nucléophilie augmente

généralement lorsque l’on descend dans le groupe (ex. : I- > Br- > Cl-).

Le groupement partant

La nature du groupement partant est important à la fois pour les mécanismes SN1 et

SN2. Dans l’étape cinétiquement déterminante dans les deux mécanismes, la liaison C-X est

brisée et X- part. Dans la substitution nucléophile des halogénoalcanes, le groupement

partant peut être F-, Cl-, Br- ou I-. Le meilleur groupement partant est I-, et le moins bon est F-

: I- > Br- > Cl- > F-

Ces observations peuvent être corrélées avec les valeurs de pKa des acides

conjugués : pKa HF = +3,5, HCl = -7, HBr = -9 et HI = -11. Des valeurs négatives de pKa

signifient des acides forts, et donc Cl-, Br- et I- sont des bases faibles ; les ions sont stables

et sont de bons groupements partant. De l’autre côté, HF est un acide faible et F- est un

mauvais groupement partant.



Dans les prochains chapitres, nous étudierons des réactions de substitution

nucléophile dans lesquelles le groupement partant est autre chose qu’un ion halogénure, et il

est donc intéressant d’introduire d’autres groupements dans notre discussion actuelle. De

pauvres groupements partants comprennent HO-, H2N- et RO- et, comme F- ce sont des

bases conjuguées d’acides faibles. La faible capacité de OH- de partir dans une réaction de

substitution nucléophile faisant intervenir un substrat alcoolique peut être compensée par

protonation du groupement OH. Cela signifie que H2O (un bon groupement partant) est

expulsé plutôt que OH- (un mauvais groupement partant). Nous verrons cette stratégie à

l’œuvre dans les deux prochains chapitres. L’ion tosylate est également un excellent

groupement partant et nous reviendrons sur son utilisation au chapitre 7.

En résumé :

• Les groupements partant halogénures sont classé I- > Br- > Cl- > F-

• Les fluoroalcanes ne subissent pas de SN2 du fait que F- est un très mauvais

groupement partant.

Le solvant

Le choix d’un solvant adéquat pour les réactions de substitution nucléophile est

important. Dans une réaction de SN1, l’étape cinétiquement limitante inclut la rupture

hétérolytique d’une liaison et un ion polaire accroit la vitesse de formation d’un ion par

stabilisation de l’état intermédiaire. La vitesse de réaction SN1 est donc accrue par

l’utilisation de solvants polaires tels que l’eau et l’éthanol.

Le choix du solvant est également important pour les réactions SN2, mais n’est pas le

même que celui pour les réactions SN1. Alors que la vitesse d’une réaction SN1 est

indépendante du nucléophile, celle d’une réaction SN2 en dépend. Nous devons donc

considérer quel effet aura le solvant sur l’approche du nucléophile vers l’halogénoalcane. Le

nucléophile dans une réaction de SN2 est habituellement un anion (ex. : Cl-, HO-, NC-). Les

anions sont fortement solvatés par les solvants protiques tels que H2O et MeOH. Ces

solvants forment des ponts hydrogènes avec un nucléophile anionique et nuisent

stériquement à son attaque du substrat halogénoalcane. Le nucléophile est stabilisé par

solvatation et cela accroit l’énergie d’activation pour la réaction de substitution.

Les solvants aprotiques polaires comprennent l’acétonitrile, l’acétone, le

diméthylsulfoxyde (DMSO) et le diméthylformamide (DMF). Etant polaires, ce sont de bons

solvants pour d’autres molécules polaires et pour certains composés ioniques. Par contre,

S O

O

O



les solvants aprotiques ne contiennent pas d’atomes d’hydrogène attaché aux atomes

électronégatifs et sont incapables de former des liaisons hydrogènes avec le nucléophile. En

conséquence, la vitesse d’une réaction SN2 dans un solvant polaire aprotique excède de

beaucoup celle de la même réaction dans un solvant protique.

En résumé :

• La vitesse d’une réaction SN1 est améliorée par l’utilisation d’un solvant protique (ex.

H2O)

• La vitesse d’une réaction SN2 est améliorée par l’utilisation d’un solvant aprotique

polaire (ex. DMF, MeCN)

5.7. Réactions d’élimination

Dans la section 5.5., nous avons établi qu’un halogénoalcane, RX, pouvait subir des

réactions de substitution nucléophile ou d’élimination. Dans la section 5.6., nous avons

discuté des réactions SN1 et SN2, et des préférences pour l’un des mécanismes ou pour

l’autre. Nous avons vu que la situation n’est pas simple, et qu’un nombre important de

facteurs contribuent à la compétition SN1 vs SN2. La situation est encore compliquée par le

fait que l’élimination de HX peut entrer en compétition avec la substitution de X- par un

nucléophile arrivant. Tout comme il y a deux mécanismes de substitution, il y a également

deux mécanismes d’élimination :

• E1 unimoléculaire

• E2 bimoléculaire

Tout d’abord considérons les mécanismes E1 et E2 séparément et considérons

ensuite leur compétition globale avec les réactions SN1 et SN2.

Le mécanisme E1

Nous avons vu antérieurement que la réaction du 2-chloro-2-méthylpropane avec

H2O donnait du 2-méthylpropanol. En fait, une quantité mineure de 2-méthylpropène est

également formée, et si le nucléophile est changé de H2O en HO-, le produit prédominant est

le 2-méthylpropène.

NO

H N

O

SO

Acétonitrile Acétone DMF DMSO

ClOH- Cl+ + + H2O



La réaction ci-dessus montre une dépendance de premier ordre pour

l’halogénoalcane et aucune dépendance pour OH-.

Les données de vitesse sont conformes avec la formation d’un carbocation dans

l’étape cinétiquement déterminante, c'est-à-dire un mécanisme unimoléculaire E1. La

première étape dans la voie E1 est dès lors la même que dans une réaction SN1 :

L’étape suivante est l’étape rapide de formation de 2-méthylpropène dans laquelle

HO- arrache H+ du carbocation intermédiaire.

Que le nucléophile agisse ou non de cette manière (voie E1) plutôt que de s’ajouter

au carbocation (voie SN1) dépend d’un ensemble de facteurs. L’arrachement de H+ est

facilité par une base forte qui soit un faible nucléophile, par exemple l’amidure

Li{N(CHMe2)2}. Les facteurs stériques au niveau du substrat organique peuvent également

faire basculer le mécanisme en faveur de l’élimination ; la création de deux carbones

trigonaux plans à la place de tétraédriques peut, en effet, aider à réduire les tensions

stériques. Par exemple, un carbocation tertiaire Bu3C+ peut préférer éliminer H+ plutôt que de

réagir avec un nucléophile à son centre C+. Cette dernière option forcerait les trois

substituants butyle à être plus proches les uns des autres que dans le produit alcène.

En fait, cette réaction d’élimination aura lieu avec une base plus faible que HO-, pour

autant que cette base soit un nucléophile faible.

Les réactions E1 requièrent la formation d’un carbocation et dès lors sont favorisées

pour les halogénoalcanes tertiaires, allyliques et benzyliques. Les halogénoalcanes

secondaires peuvent subir des réactions E1, mais pas les halogénoalcanes primaires à

cause de la faible stabilité relative d’un carbocation primaire. Lorsqu’un choix est possible, la

perte de H+ favorisera la formation de l’alcène le plus substitué comme l’illustre le schéma

suivant :

Cl

C+ Cl+

C+

H

H

H :OH-

C+

HH:B

H



Donc l’élimination est régiosélective.

Lorsque la dernière étape d’un mécanisme E1 peut conduire à des isomères E ou Z

d’un alcène, il favorisera la formation de l’isomère le moins tendu stériquement, comme par

exemple :

Le mécanisme E2

En présence d’une base, l’élimination de HX à partir d’un halogénoalcane peut obéir

à une cinétique du second ordre avec l’équation de vitesse de la réaction étant :

Vitesse de réaction = k [halogénoalcane] [base]

Un mécanisme qui est conforme avec ces résultats expérimentaux fait intervenir une

étape cinétiquement déterminante bimoléculaire. C’est la réaction E2 : perte de HX promue

par une base.

La base dans l’équation ci-dessus est montrée comme une molécule neutre B et

forme BH+, mais elle peut également être négativement chargée, ex. : EtO-.

L’élimination se déroule de façon à donner l’alcène le plus substitué. Dans l’état de

transition, la base commence à former une liaison avec le proton qui est en train de se faire

éliminer et, simultanément, le lien C-H commence à se briser, la liaison π de la double liaison

C=C commence à se former et le lien C-Br commence à se briser. Ces liaisons sont

indiquées en lignes pointillées dans la figure ci-dessous.

C+ +

Majoritaire

C+ +

Majoritaire

R

X

R

R

H

R

:BR

RR

RBH+ X+ +



Pour que ce processus concerté ait lieu, tous les atomes de l’unité H-C-C-X impliqués

dans la formation et la rupture des liaisons doivent se trouver dans le même plan. La

géométrie est périplanaire.

En résumé :

• Les réactions E2 requièrent un arrangement périplanaire de l’unité H-C-C-X

• Lorsqu’un choix est possible, l’élimination favorise la formation de l’alcène le plus

substitué (régiosélectivité)

• Lorsqu’un choix est possible, l’halogénoalcane adopte la conformation la moins

stériquement encombrée et le produit d’élimination reflète ce fait.

5.8. Réactions de substitutions nucléophiles en compétition avec

les éliminations

Dans cette section nous allons étudier les facteurs qui favorisent l’une ou l’autre des

réactions SN1, SN2, E1 ou E2.

E1 versus SN1

Nous avons déjà vu que la formation d’un carbocation est favorisée par les solvants

protiques. Cela aide à la fois les réactions SN1 et E1, puisque l’étape cinétiquement

déterminante est identique pour les deux. Que le carbocation soit attaqué ou non par le

nucléophile sur son centre C+ pour donner un produit de substitution, ou soit sujet à

l’élimination d’un H+ pour donner un produit d’élimination dépend de la nature du nucléophile.

Si le nucléophile est fortement basique, le mécanisme E1 est préféré. Cependant, même une

base faible peut arracher un proton du carbocation intermédiaire, et dans ce cas, il y a une

compétition entre les mécanismes E1 et SN1 comme dans la réaction ci-dessous. Le ratio

des produits dépend des conditions de réaction et est affecté par la température, ex. à 340 K

et dans l’éthanol, cette réaction donne un mélange 2 : 1 de produits SN1 : E1.

Cl OH

+



Les halogénoalcanes tertiaires

Lorsque l’on a considéré les réactions de substitution, nous avons vu que les

halogénoalcanes tertiaires, R3CX, réagissaient suivant une SN1 et non une SN2. Il est

tentant, dès lors, de penser que pour les halogénoalcanes tertiaires, il est seulement

nécessaire de considérer la compétition avec la réaction E1. Mais ce n’est pas le cas. Si une

base forte est utilisée, la voie E2 peut être suivie, par exemple, la réaction ci-dessous produit

un alcène presque exclusivement avec un produit de substitution négligeable.

Comme nous l’avons vu plus tôt dans cette section, pour un halogénoalcane tertiaire,

la voie E1 peut être suivie avec une base forte, mais également avec une base faible.

Cependant, la vitesse de la réaction E2 dépend de la concentration et de la force de la base,

elle est donc favorisée à concentration élevée et en présence d’une base forte.

E2 versus SN2

Les halogénoalcanes primaires, RCH2X, réagissent suivant un mécanisme SN2 et

une compétition avec le mécanisme E2 peut apparaître si le nucléophile est une base forte

telle que EtO-. La réaction E2 est particulièrement favorisée sur le nucléophile est

stériquement encombré. Retournons voir la discussion concernant les effets stériques de la

section 5.6., et notamment la vue qu’a le nucléophile lorsqu’il essaye de s’approcher du

centre Cδ+. Un nucléophile tel que Me3CO- (tBuO-) est très encombré, comme le montre la

figure ci-dessous. C’est également une base forte qui réagit avec le 1-bromopentane pour

donner du pent-1-ène plutôt qu’un produit de substitution (équation ci-dessous).

La compétition entre E2 et SN2 est également observée lorsque le substrat est un

halogénoalcane secondaire. Nous avons déjà décrit comment l’élimination de HBr du 2-

bromobutane par une voie E2 donne du but-2-ène comme produit préférentiel sur le but-1-

ène, et que le (E)-but-2-ène est favorisé sur le (Z)-but-2-ène. L’élimination est favorisée par

Br EtO-

Mécanisme E2

Brt-BuO-



rapport à la substitution nucléophile si une base telle que EtO- est utilisée ; un mélange de

produits de substitution et d’élimination est généralement attendu, comme l’illustre l’équation

ci-dessous, mais le produit d’élimination prédomine.

Halogénures méthyliques

Dans la discussion concernant les SN2, nous avons discuté, en particulier, du

composé MeX, mais nous ne l’avons pas mentionné dans nos discussions concernant les

réactions d’élimination. La raison en est évidente, la molécule de CH3X ne possédant qu’un

seul atome de carbone, il lui est impossible de subir une élimination pour former un alcène.

5.9. Réactions choisies des halogénoalcanes

Nous avons étudié une série de réactions de substitutions et d’éliminations dans les

sections précédentes. Nous allons nous focaliser, dans cette dernière section, sur quelques

réactions choisies des halogénoalcanes, qui présentent une importance particulière d’un

point de vue synthétique et biologique.

Synthèse des éthers

Les réactions entre des alkoxydes, RO-, et des halogénoalcanes sont utilisées pour

préparer des éthers ; cette méthode porte le nom de « synthèse de Williamson ». Un

exemple en a déjà été donné (avec une élimination compétitive). Pour réduire la probabilité

qu’une E2 ait lieu, on utilise généralement des halogénoalcanes primaires. La synthèse de

Williamson peut être utilisée pour préparer à la fois des éthers symétriques (ROR) et des

éthers asymétriques (ROR’), mais nous en discuterons plus en détail ultérieurement.

Croissance de la chaîne carbonée

La croissance d’une chaîne carbonée par formation d’une liaison C-C est une

stratégie de synthèse importante. Dans la section 3.12, nous avons montré des réactions

entre des anions acétylénures (RC≡C-) et des halogénoalcanes. Le schéma ci-dessous en

montre d’autres exemples.

Br O

EtO-+



La compétition avec les réactions d’élimination peut être minimisée si des

halogénoalcanes primaires sont utilisés ; un soin particulier doit être pris lorsque l’on choisit

l’halogénoalcane le plus adapté, puisque les anions RC≡C- sont des bases fortes.

Une autre façon d’étendre la chaîne carbonée réside dans la réaction d’un

halogénoalcane avec NC-. Le groupe fonctionnel cyano peut, par exemple, être réduit pour

donner une amine.

Les agents alkylants

La capacité des composés RX à réagir avec les nucléophiles signifie que plusieurs

d’entre eux sont de puissants agents alkylants. L’alkylation de composés organiques de

l’ADN est fortement impliquée dans les processus de carcinogenèse et mutagenèse. Les

groupements amines et thiols des résidus acide-aminés des protéines peuvent agir en tant

que nucléophiles et attaquer les halogénoalcanes qui entre en contact avec ces protéines.

L’alkylation résultante de la protéine inhibe ses fonctions naturelles ; en d’autres termes, les

halogénoalcanes présentent des effets toxiques.

H Na C Na+

C Na+

Br

+

I NC- CN LiAlH4

ou H2/catalyseur NH2

Documents

3. Les alcènes et alcynes - perso.latribu.comperso.latribu.com/shagar/documents/chapitres 3 4 et 5.pdf · prioritaire sur la position des substituants. Une double liaison occupe