NOM : Matricule : COR 401 : CHIMIE ORGANIQUE IV Date Lundi ...gbelanger.espaceweb.usherbrooke.ca/COR401/COR401finaux.pdf · NOM : Matricule : COR 401 : CHIMIE ORGANIQUE IV Date :

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COR 401 : CHIMIE ORGANIQUE IV Date : Lundi, 23 avril 2012 Professeur Guillaume Bélanger Heure : 9h00 à 12h00

Examen FINAL (10 pages, 8 questions) Local : D3 – 2030 Seuls les modèles moléculaires sont permis.

Question 1 [7 points] Proposez un mécanisme pour la transformation suivante. Un solvant protique peut faire des pont-H. Soyez consistant avec les pKa (ammonium ~ 10, H2O ~ 15, NH amide ~ 17, amine ~ 35).

COR 401 : CHIMIE ORGANIQUE IV FINAL 2012 p.2 de 10

Question 2 [15 points] L’espèce radicalaire suivante réagit avec la benzophénone dans une réaction d’oxydo-réduction, mais avec l’acétone dans une réaction de couplage.

a) Placez les HOMO et LUMO de la benzophénone ainsi que les HOMO et LUMO de l’acétone dans le diagramme d’énergie suivant. Attention aux énergies relatives de sorte à expliquer les résultats expérimentaux observés (vous pouvez répondre à b, c et d avant de compléter a). [6 points]


Question 2… suite b) Justifiez les positions relatives des HOMO et LUMO de la benzophénone par rapport aux HOMO et

LUMO de l’acétone. [2 points] c) Est-ce la HOMO ou la LUMO de la benzophénone qui interagit avec la SOMO du radical dans la

réaction d’oxydo-réduction? Expliquez. [3 points] d) Est-ce la HOMO ou la LUMO de l’acétone qui interagit avec la SOMO du radical dans la réaction de

couplage? Expliquez. [4 points]


Question 3 [7 points] Vous traitez la pentén-3-one avec du benzènethiolate de sodium qui est un nucléophile mou. Vous obtenez

uniquement le produit d’addition-1,4.

a) Donnez un argument thermodynamique pour expliquer la formation unique du produit d’addition-1,4. [3 points]

b) Donnez un argument cinétique pour expliquer la formation unique du produit d’addition-1,4. [4 points]


Question 4 [10 points] Vous traitez le diol A énantiopur suivant en milieu acide et vous obtenez une cétone B racémique:

a) Il y a 4 produits cétoniques possibles, mais un seul est formé, soit B. Proposez un mécanisme uniquement pour la formation de B sans tenir compte de la stéréochimie. Prédisez la structure de B. Expliquez votre prédiction. [8 points]

b) Pourquoi le produit cétonique B est-il racémique alors que le diol A était énantiopur? [2 points]


Question 5 [19 points] Voici une réaction de transfert d’atome de chlore. En traitant A avec une quantité catalytique d’hexabutyldiétain à chaud, vous formez un mélange de produits B et C.

a) Proposez un mécanisme pour la formation de B. Identifiez les étapes d’initiation et de propagation. [7 points]


Question 5… suite b) Dans votre mécanisme en a, il y a une étape d’ouverture du cyclopropane. Redessinez ici l’intermédiaire

sur lequel vous faites cette ouverture du cyclopropane puis complétez une proposition de mécanisme pour la formation de C. [3 points]

c) Dans vos mécanismes en a et b, l’ouverture du cyclopropane est l’étape qui détermine le ratio des

produits B et C. Dessinez, pour chacune de ces ouvertures, un état de transition polarisé. Est-ce B ou C qui sera le produit majoritaire? Expliquez. [9 points]


Question 6 [22 points] Vous effectuez l’oxydation allylique de A en alcool C:

a) Proposez un mécanisme pour la transformation de A en B sachant qu’il s’agit de deux réactions péricycliques séquentielles. Pour chaque réaction péricyclique, dites de quelle classe il s’agit. [8 points]

b) Démontrez que la première réaction péricyclique est permise d’après la symétrie des orbitales. [7 points]


Question 6… suite c) Démontrez que la deuxième réaction péricyclique est permise d’après la symétrie des orbitales. [7 points]

Question 7 [8 points] Vous effectuez la réaction suivante, au reflux du toluène:

Proposez un mécanisme pour cette transformation sachant qu’il s’agit de deux réactions péricycliques séquentielles. Pour chaque réaction péricyclique, dites de quelle classe il s’agit.


Question 8 [12 points] Proposez un mécanisme pour la réduction suivante ainsi qu’une structure pour le produit B. Notez que le produit B a une formule brute C7H10 et que 8 équivalents de lithium ont été nécessaires à la réduction.

Bon été et bon stage!

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COR 401 : CHIMIE ORGANIQUE IV Date : Mercredi, 17 avril 2013 Professeur Guillaume Bélanger Heure : 9h00 à 12h00

Examen FINAL (10 pages, 7 questions) Local : D3 – 2029 Seuls les modèles moléculaires sont permis.

Question 1 [21 points] Voici une réaction radicalaire en chaine initiée avec l’AIBN (N≡CC(CH3)2-N=N-C(CH3)2C≡N).

Bu3SnHAIBN (cat.)

O

Br O

O

O

a) Proposez un mécanisme pour la formation du produit. Identifiez les étapes d’initiation et de propagation. [9 points]


b) Pour la 2e étape de propagation, dessinez un état de transition polarisé. Déterminez si le radical a un comportement nucléophile ou électrophile. [4 points]

c) Proposez un produit de terminaison issu d’un couplage. [2 points] d) Proposez les produits de terminaison issus d’une dismutation. [4 points] e) Proposez un produit secondaire différent de ceux en c et d. [2 points]


Question 2 [13 points] Vous traitez l’hydrazone suivante à la triéthylamine et vous obtenez un produit polycyclique (Tetrahedron 2011, 67, 3209). Il s’agit d’une réaction péricyclique.

Proposez un mécanisme pour cette transformation. Indiquez de quelle classe de réaction péricyclique il s’agit et démontrez qu’elle est permise thermiquement d’après la symétrie des orbitales.


Question 3 [8 points] Proposez un mécanisme pour la réduction suivante. Identifiez clairement le produit final.


Question 4 [13 points] En traitant le composé 1 à chaud, deux produits différents sont obtenus, dépendamment de la nature de X. Avec X = O, une dihydrofuranone 2 est générée, alors qu’avec X = CH2, une cétone bicyclique 3 est plutôt isolée (inspiré de Tetrahedron 2013, 63, 2667). Notez qu’un -cétocarbène est une carbène électrophile.

a) Proposez un mécanisme pour la formation de la dihydrofuranone 2 à partir du substrat avec X = O. Spécifiez le type de la réaction péricyclique impliquée dans votre mécanisme. Démontrez que cette réaction est permise thermiquement d’après la symétrie des orbitales. [9 points]


b) Proposez un mécanisme pour la formation de la cétone bicyclique 3 à partir du substrat avec X = CH2. [4 points]

Question 5 [21 points] En irradiant la dicétone suivante, vous obtenez un composé tricyclique (Tetrahedron 2011, 67, 1689).

a) Quelle portion de la molécule est la plus susceptible d’absorber les UV? Pourquoi ? [4 points]


b) Proposez un mécanisme radicalaire pour cette transformation en indiquant les étapes photophysiques et photochimiques. [8 points]

c) Pour la première étape de création d’un lien carbone-carbone dans votre mécanisme, dessinez un état

de transition polarisé. Déterminez si le radical a un comportement nucléophile ou électrophile. [4 points]


d) Toujours pour cette première étape de création d’un lien carbone-carbone dans votre mécanisme, spécifiez et dessinez les OMF de chacun des deux partenaires impliqués dans la réaction (le radical et son partenaire), en incluant les coefficients. Expliquez pourquoi la réaction est favorisée d’après les OMF (en faisant allusion au numérateur ET au dénominateur du 3e terme de l’équation de Klopman-Salem). [5 points]

Question 6 [10 points] Vous effectuez une substitution nucléophile du chlorure 1 avec le méthanoate de sodium. Au lieu d’obtenir le produit 2 escompté, vous obtenez plutôt un mélange des composés 3 et 4 (Tetrahedron 2012, 68, 1711).

Cl

HMeOMeONa

MeOH

1

H

OMeMeO

2 (0%)

OMe

HMeO

3 (12%)

+ +

4 (85%)

MeO

OMe

a) Expliquez, à l’aide d’un mécanisme, pourquoi vous obtenez le stéréoisomère 3 au lieu du stéréoisomère 2 attendu. [5 points]


b) Expliquez pourquoi le composé 4 est le produit majoritaire (par rapport à 3). [5 points]

Question 7 [14 points] Vous irradiez la diénone suivante. Deux réactions péricycliques photochimiquement permises se produisent, soit un réarrangement électrocyclique suivi d’un réarrangement sigmatropique, en passant par un intermédiaire zwittérionique. Aucune réaction radicalaire n’est impliquée (Angew. Chem. Int Ed. 2012, 51, 5286).

Proposez un mécanisme pour cette transformation (dessiner des formes limites de résonance du produit de départ pourrait vous aider). Démontrez que chacun des réarrangements est permis photochimiquement d’après la symétrie des orbitales. Spécifiez, pour chaque réarrangement, tous les détails applicables tels que endo ou exo, approche linéaire ou non linéaire, conrotatoire ou disrotatoire, suprafacial ou antarafacial, rétention ou inversion de configuration, etc. Répondez sur la page suivante.



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COR 401 : CHIMIE ORGANIQUE IV Date : Vendredi, 11 avril 2014 Professeur Guillaume Bélanger Heure : 13h30 à 16h30

Examen FINAL (10 pages, 6 questions, sur 100) Local : D3 – 2031 Seuls les modèles moléculaires sont permis. Répondre sur le questionnaire.

Question 1 [26 points] En traitant le produit de départ suivant, une ouverture de cycle se produit (Chem. Eur. J. 2014, 20, 2663).

a) Dans le mélange réactionnel, il y a le produit de départ et la benzophénone. Quel groupement fonctionnel est le plus facile à exciter par la lumière ? Justifiez. [6 points]

b) En un seul mot, quel est le rôle du catalyseur benzophénone ? [2 points]


c) Proposez un mécanisme pour la transformation en indiquant les étapes photophysiques et photochimiques, et en tenant compte de la quantité catalytique de benzophénone. [8 points]


d) Pour que la benzophénone soit impliquée comme catalyseur, 2 conditions sont nécessaires en terme d’énergies relatives des transitions électroniques pour la benzophénone et pour le substrat. Précisez ces 2 conditions. [5 points]

e) Uniquement pour la première réaction de formation et/ou bris de lien impliquant un radical dans votre mécanisme en d, indiquez si ce dernier a un comportement électrophile ou nucléophile (avec explication). [5 points]


Question 2 [10 points] Voici une approche intéressante pour la préparation de phénols par un traitement du chlorure d’acyle suivant avec le diazométhane suivi d’un chauffage (inspiré d’Org. Lett. 2013, 15, 4226). Proposez un mécanisme pour cette transformation.


Question 3 [15 points] Voici une addition nucléophile du thiophénolate de sodium connu conne étant un réactif mou :

a) Quelle serait votre prédiction de produit majoritaire si l’espèce nucléophile était le Me2CuLi (source de Me « mou »). Justifiez votre réponse en utilisant, entre autres, l’équation de Klopman-Salem et les concepts dur-mou. [5 points]

b) Quelle serait votre prédiction de produit majoritaire si l’espèce nucléophile était le MeLi (source de Me

« dur »). Justifiez votre réponse en utilisant, entre autres, l’équation de Klopman-Salem et les concepts dur-mou. [5 points]


c) Dans le diagramme d’énergie suivant, placez d’abord les produits A et B sur les bons plateaux de produits finaux. Tracez les courbes d’énergie reliant le plateau « cyclopenténone + Me2CuLi » à chacun des produits finaux en tenant compte de votre réponse en a et en portant attention aux énergies d’activation relatives. Finalement, tracez les courbes d’énergie reliant le plateau « cyclopenténone + MeLi » à chacun des produits finaux en tenant compte de votre réponse en b et en portant attention aux énergies d’activation relatives. [5 points]

Question 4 [8 points] Pour chacun des molécules radicalaires ci-dessous, dessinez le proton le plus acide. Justifiez brièvement. Dessinez des formes limites de résonance pertinentes pour appuyer votre justification.

a) justification :


b) justification :

Question 5 [15 points] Voici une réaction rapportée récemment (Eur. J. Org. Chem. 2012, 3165).

i- 2Na, THF;

ii- H2ON

N

Ph

Ph

NH

HN

Ph

Ph

II : produit observé

N

N

III : non observé

Ph

PhI

a) Proposez un mécanisme pour la formation du produit observé II. [6 points]


b) Pourquoi le produit observé est II et non III ? Expliquez en détails, en utilisant tous les arguments pertinents parmi les suivants (attention, les arguments suivants ne sont pas tous pertinents): OMF, état de transition polaire de Walling, symétrie des orbitales, interaction dur-dur, interaction mou-mou, comportement radicalaire nucléophile/électrophile, étapes photophysiques et photochimiques, état de transition tôt/tard. [9 points]


Question 6 [26 points] En janvier 2014, le groupe de Wentrup publiait une pyrolyse éclair de l’oxadiazolone A menant au carbodiimide E (J. Org. Chem. 2014, 79, 1247).

a) Proposez un mécanisme pour la transformation de A à C (ajoutez les flèches sur le dessin). Il s’agit de deux réactions péricycliques différentes, passant par un intermédiaire dipolaire B. Pour la transformation de A à B, indiquez le type de réaction péricyclique impliquée. [5 points]

b) □ Proposez un mécanisme pour la transformation thermique de C à D (ajoutez les flèches sur le dessin). □ ndiquez le type de réaction péricyclique impliquée ainsi que des détails applicables (endo ou exo?

approche linéaire ou non linéaire? conrotatoire ou disrotatoire? suprafacial ou antarafacial? inversion ou rétention de configuration?) en vous basant sur la symétrie des orbitales.

□ Identifiez bien l’OMF ou les OMF (avec nœuds) utilisée(s) pour la réaction et dites si le processus global est SUPRA ou ANTARA. [9 points]


c) □ Complétez le dessin du composé D en 3 dimensions en incluant les orbitales (pas besoin de dessiner les orbitales pour les liens N-R1 et C-R2) de sorte à tenir compte de la résonance indiquée pour D.

□ Ajoutez les flèches mécanistiques sur D pour mener à E’. □ Indiquez le type de réaction péricyclique impliquée ainsi que des détails applicables (endo ou exo?

approche linéaire ou non linéaire? conrotatoire ou disrotatoire? suprafacial ou antarafacial? inversion ou rétention de configuration?) en vous basant sur la symétrie des orbitales.

□ Identifiez bien l’OMF ou les OMF (avec nœuds) utilisée(s) pour la réaction de D à E’ et dites si le processus global est SUPRA ou ANTARA. [12 points]


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COR 401 : CHIMIE ORGANIQUE IV Date : Jeudi, 23 avril 2015 Professeur Guillaume Bélanger Heure : 9h00 à 12h00

Examen FINAL (10 pages, 7 questions, sur 160) Local : D3 – 2036 Seuls les modèles moléculaires sont permis. Répondre sur le questionnaire.

Question 1 [11 points] Le traitement de l’hydroxyépoxyde suivant avec une quantité catalytique d’acide sulfurique mène à l’aldéhyde bicyclique à 65% de rendement (Tetrahedron Lett. 2012, 53, 3000). Proposez, en 3D (aidez-vous du dessin du produit final), un mécanisme pour cette transformation.

H2SO4 (cat.)

CH2Cl265%

OH

O HO HH

O


Question 2 [44 points] Dans sa synthèse de la paeonilactone B, le groupe de Kilburn a publié une l’étape clé suivante (J. Chem. Soc., Perkin Trans. 1 2001, 487). Considérez le diiodure de samarium comme un réducteur à un électron.

a) Sur le diagramme d’énergie, positionnez les orbitales et * de la cétone, de l’alcène et de l’alcyne. Attention aux énergies relatives. Justifiez brièvement les énergies des et * de l’alcène par rapport à celles de la cétone. Justifiez brièvement les énergies relatives des et * de l’alcène par rapport à celles de l’alcyne. [10 points]


b) Sachant que le diiodure de samarium réduit uniquement les cétones, placez également une SOMO correspondant à ce réactif sur votre diagramme, de façon cohérente à la réactivité observée. [3 points]

c) Proposez un mécanisme (2D uniquement, pas de stéréochimie) pour la transformation. [13 points]


d) Pour l’étape de formation du premier cycle, déterminez si le radical a un comportement nucléophile ou électrophile d’après la théorie de Walling. [7 points]

e) D’après votre réponse en d), avec quelle OMF de l’insaturation le radical réagit-il ? _________ [3 points]

Est-ce le choix de cette insaturation pour votre réaction en d) est consistante avec votre réponse en a) ? Pourquoi ? [4 points] Expliquez les facteurs qui justifient la réaction que vous proposez en d). [4 points]


Question 3 [25 points] En chauffant le produit de départ suivant, un composé spirobicyclique est obtenu (J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 2926).

a) Proposez un mécanisme impliquant trois réactions péricycliques. Indiquez le type de chaque réaction péricyclique. [15 points]

b) Pour la première réaction péricyclique :

□ Indiquez tous les détails applicables (endo ou exo? approche linéaire ou non linéaire? conrotatoire ou disrotatoire? suprafacial ou antarafacial? inversion ou rétention de configuration?) en vous basant sur la symétrie des orbitales.

□ Identifiez bien l’OMF ou les OMF (avec nœuds) impliquée(s) et dites si le processus global est SUPRA ou ANTARA. [10 points]


Question 4 [32 points]

La protoberberine a été synthétisée en deux étapes à partir de l’-aminonitrile et du 1,2-bis(bromométhyl)benzène suivants (J. Org. Chem. 2015, 2010). La première réaction est une double SN2 de la fonction amine. Il est à noter que la diisopropyléthyhamine n’est pas assez basique pour déprotoner l’amine neutre, et ne peut pas non plus déprotoner en du nitrile si l’amine est neutre.

a) Proposez un mécanisme pour cette première transformation. Votre mécanisme doit inclure un réarrangement sigmatropique. Identifiez ce réarrangement dans votre réponse. [11 points]


b) Pour l’étape du réarrangement sigmatropique : □ Indiquez tous les détails applicables (endo ou exo? approche linéaire ou non linéaire? conrotatoire ou

disrotatoire? suprafacial ou antarafacial? inversion ou rétention de configuration?) en vous basant sur la symétrie des orbitales.


c) La deuxième étape consiste en une oxydation à l’air (oxygène) en présence de base. Proposez un

mécanisme pour cette oxydation. L’oxygène dissous est en large excès. [9 points]


Question 5 [18 points] Afin de préparer un meilleur nucléofuge sur sa molécule en vue d’une réaction subséquence, un étudiant effectue une réaction de Finkelstein, soit le remplacement du chlorure par un iodure sur le substrat suivant. À sa grande surprise, l’étudiant constate qu’un seul diastéréoisomère est obtenu (celui indiqué) et qu’il y a eu complète rétention de configuration.

a) L’étudiant vous demande s’il est possible que le mécanisme soit de type SN1. Vous lui répondez non.

Justifiez. [3 points] b) L’étudiant vous demande ensuite s’il est possible que le mécanisme soit plutôt de type SN2. Vous lui

répondez non. Justifiez. [3 points] c) Proposez un mécanisme (en 3D) qui explique parfaitement toutes ces observations. [7 points]


d) Mise à part le produit avec l’iodure en axial, votre mécanisme pourrait suggérer la formation d’un autre produit secondaire de même formule brute que l’iodure observé. Proposez une structure pour ce produit secondaire et expliquez pourquoi il n’est pas observé. [5 points]

Question 6 [19 points] Lors du chauffage du composé suivant, le biphényle est produit.

a) Proposez un mécanisme pour cette réaction (ajoutez les flèches directement sur le schéma). Indiquez de

quel type de réaction péricyclique il s’agit. [5 points] b) Indiquez tous les détails applicables (endo ou exo? approche linéaire ou non linéaire? conrotatoire ou

disrotatoire? suprafacial ou antarafacial? inversion ou rétention de configuration?) en vous basant sur la symétrie des orbitales. [14 points]


Question 7 [11 points] En 2012, Coquerel et Rodriguez ont mis au point une méthode pour préparer des pyrimidinediones à partir de diazodicétones et d’urée (Eur. J. Org. Chem. 2012, 2338). Proposez un mécanisme pour cette transformation qui implique une réaction péricyclique. Ne pas inclure de mécanisme pour les tautoméries (indiquer t.p. sur la flèche).


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COR 401 : CHIMIE ORGANIQUE IV ET Date : Lundi, 25 avril 2016 COR 741 : ORBITALES MOLÉCULAIRES FRONTIÈRES EN CHIMIE ORGANIQUE Heure : 9h00 à 12h00

Professeur Guillaume Bélanger Local : D3 – 2033 Examen FINAL (11 pages, 4 questions, sur 143)

Seuls les modèles moléculaires sont permis. Répondre sur le questionnaire.

Question 1 [34 points] La dernière étape de la synthèse de la codéine du groupe de Zhang est la réduction de Birch suivante. (Chem. Eur. J. 2015, 21, 16379). Notez qu’un lien C-N est formé lors de la réaction.

a) La réaction débute par la réduction d’un cycle aromatique. Selon vous, lequel des deux cycles devrait être le plus facile à réduire et pourquoi ? [6 points]

COR 401 ET COR 741 FINAL 2016 p.2 de 11

b) Proposez un mécanisme en 2D pour la transformation du produit de départ en codéine. Notez que le mécanisme implique une formation du lien C-N par voie radicalaire. Poursuivez également votre mécanisme pour la réduction de la portion méta-méthylbenzoyle et identifiez le produit généré. Vous disposez d’espace sur la page suivante. [17 points]


c) Pour l’étape de formation du lien C-N, dites si l’espèce réactive a un comportement nucléophile ou

électrophile. Considérez ensuite toutes les possibilités de lien C-N qui auraient pu se former : pourquoi seul lien C-N montré dans le produit final est généré ? Justifiez à l’aide de tous les arguments pertinents parmi les suivants : OMF, équation de Klopman-Salem, stabilité des produits, énergie d’activation, encombrement stérique, force de liaison, stabilité du radical, état de transition polarisé, considérations dur-mou. [11 points]


Question 2 [32 points] Voici une séquence de réactions sur le composé A suivant.

a) Proposez un mécanisme pour la transformation de A à B qui débute par une réaction péricyclique. Identifiez bien la structure B. Nommez chacune des réactions impliquées avant l’ajout de triphénylphosphine. [9 points]


b) Pour la première réaction péricyclique en a): □ Indiquez tous les détails applicables (endo ou exo? approche linéaire ou non linéaire? conrotatoire ou


□ Identifiez bien les OMF (avec nœuds) impliquée(s) et dites si le processus global est SUPRA ou ANTARA. [12 points]

c) Proposez un mécanisme pour la transformation de B à C. Identifiez bien la structure C. [8 points] d) Donnez la structure du produit D. Aucun mécanisme requis. [3 points]


Question 3 [18 points] Vous effectuez deux réactions différentes : d’un côté, vous traitez le butyraldéhyde avec le diisopropylamidure de lithium (LDA, iPr2NLi), et de l’autre, vous traitez le butyraldéhyde avec la diisopropylamine (iPr2NH). Les produits de ces deux réactions sont indiqués ci-dessous.

a) Placez le bon réactif (iPr2NLi ou iPr2NH) dans chacune des boîtes et complétez l’atome manquant sur l’oxygène dans chaque cas. [4 points]

b) Mettez, sur un seul diagramme d’énergie, les orbitales moléculaires liantes et anti-liantes du butyraldéhyde impliquées dans ces deux réactions. [4 points]

c) Expliquez votre réponse en a) en utilisant le concept dur-mou, l’équation de Klopman-Salem ainsi que les

énergies des orbitales moléculaires en b). [10 points]


Question 4 [22 points] Le traitement du composé suivant avec une quantité catalytique d’hexabutyldiétain à chaud a donné le produit de cyclisation à 83% de rendement (Org. Lett. 2015, 17, 4558).

a) Proposez un mécanisme pour cette transformation. Identifiez les étapes d’initiation et de propagation [12 points]


b) Pourquoi le produit suivant n’est pas formé ? Fournissez trois (3) raisons différentes. L’atome lié à l’oxygène (H ou Br) n’importe pas pour votre réponse. [10 points]

Voici des forces de liaisons qui pourraient vous aider : C=O 179 kcal/mol C-O 86 kcal/mol C-C 83 kcal/mol C=C 146 kcal/mol C-Br 68 kcal/mol C-H 99 kcal/mol H-Br 87 kcal/mol

N

CO2Me

OX

X = H,Br


Question 5 [22 points] Alison Frontier a développé une séquence réactionnelle catalysée à l’hexafluoroantimonate de cuivre (II) ci-dessous. Ce dernier est un acide de Lewis (dans votre mécanisme, vous pouvez utiliser Cu2+ sans mettre les contre-ions). La réaction débute par une complexation du Cu2+ sur l’oxygène du carbonyle afin de promouvoir un réarrangement électrocyclique. Deux autres réactions péricycliques terminent la séquence (J. Am. Chem. Soc. 2007, 129, 8060).

a) Proposez un mécanisme détaillé pour cette transformation (3 réactions péricycliques, débutant par un

réarrangement électrocyclique suite à l’activation du carbonyle). [12 points]


b) Pour la première réaction péricyclique, soit le réarrangement électrocyclique : □ Dessinez toutes les orbitales moléculaires du ou des système(s) considéré(s). □ Indiquez tous les détails applicables (endo ou exo? approche linéaire ou non linéaire? conrotatoire ou




Question 6 [15 points] La cyclisation de Bergman est très utilisée en chimie médicinale pour la préparation de composés anticancéreux de type intercalant (aryles) à partir d’ènediynes. La réaction est promue par la lumière, en présence de fluorénone et de cyclohexa-1,4-diène. Proposez un mécanisme pour cette réaction en indiquant toutes les étapes photophysiques et photochimiques. Votre mécanisme doit également montrer ce qu’il advient du cyclohexa-1,4-diène.


NOM : Matricule :

COR 401 : CHIMIE ORGANIQUE IV ET Date : Jeudi, 20 avril 2017 COR 741 : ORBITALES MOLÉCULAIRES FRONTIÈRES EN CHIMIE ORGANIQUE Heure : 9h00 à 12h00



Question 1 [14 points] Vous n’avez pas d’hallucination : votre professeur revient avec la même question qu’à l’examen intra. Une deuxième chance de l’impressionner ! Votre collègue est confus quant aux facteurs pouvant être utilisés comme arguments cinétiques et ceux comme arguments thermodynamiques dans la compréhension de transformations chimiques. Pour l’aider, complétez l’aide-mémoire ci-dessous. Pour chacun des critères, encerclez s’il est utilisé comme argument cinétique, thermodynamique, ou est un argument non spécifique (s’applique aux deux ou à aucun des deux). Chaque bonne réponse vaut 1 point, chaque mauvaise réponse vaut -0,5 point. a) Variation d’enthalpie : cinétique thermo. non spécifique

b) Variation d’entropie : cinétique thermo. non spécifique

c) Énergie d’activation : cinétique thermo. non spécifique

d) Go : cinétique thermo. non spécifique

e) Énergie de l’état de transition : cinétique thermo. non spécifique

f) Équation de Klopman-Salem : cinétique thermo. non spécifique

g) Effet de la résonance : cinétique thermo. non spécifique

h) Symétrie des orbitales moléculaires frontières : cinétique thermo. non spécifique

i) Énergie relative des réactifs et des produits : cinétique thermo. non spécifique

j) Constante de vitesse : cinétique thermo. non spécifique

k) Effet de la température : cinétique thermo. non spécifique

l) Influence des interactions orbitalaires secondaires : cinétique thermo. non spécifique

m) Constante des gaz parfaits : cinétique thermo. non spécifique

n) Effet de l’encombrement stérique : cinétique thermo. non spécifique


Question 2 [50 points] Dans sa synthèse du chromodorolide B parue l’an passé (J. Am. Chem. Soc. 2016, 138, 2186), le groupe d’Overman a utilisé une transformation originale pour générer le composé pentacyclique 3 à partir des composés 1 et 2 suivants (AIBN = NC-C(Me)2-N=N-C(Me)2-CN).

a) Dans un mécanisme en chaine, habituellement, chaque réaction doit être exothermique (ou exergonique). Pourquoi ? Qu’observerait-on si une étape était endothermique ?

b) Proposez un mécanisme en chaine pour cette transformation. Identifiez les étapes d’initiation et de propagation. Vous disposez d’espace supplémentaire sur la page suivante. Gardez-vous de l’espace pour répondre à la question d directement sur votre mécanisme.



c) Pour la première étape de formation de lien carbone-carbone par addition d’un radical à un lien , déterminez si le radical a un comportement électrophile ou nucléophile. Déterminez l’OMF du lien qui réagit avec le radical. Expliquez la régiochimie d’addition observée.

d) Pour la deuxième étape de formation de lien carbone-carbone par addition d’un radical à un lien ,

déterminez si le radical a un comportement électrophile ou nucléophile. Déterminez l’OMF du lien qui réagit avec le radical. Expliquez la régiochimie d’addition observée.


e) Outre le fait que toutes les réactions de votre mécanisme en b soient exothermique (G < 0), donnez un argument expliquant cette exotherme. Pour ce faire, sur chacune des autres étapes de votre mécanisme en b (toutes les étapes sauf celles discutées en c et d), indiquez la force motrice pour la réaction directement sur la flèche dans votre mécanisme. Choisissez parmi les raisons suivantes :

S > 0 ou H < 0 Question 3 [23 points] a) Inspirée de l’étape clé dans la synthèse de la conidiogénone B de Tu (Angew. Chem. Int. Ed. 2016, 55, 4456),

voici une transformation catalysée en milieu acide. Proposez un mécanisme pour cette transformation sans tenir compte de la stéréochimie. Nommez la réaction clé.


b) Pour l’étape d’expansion de cycle : □ Dessinez toutes les orbitales moléculaires du ou des système(s) considéré(s). □ Indiquez tous les détails applicables (endo ou exo? approche linéaire ou non linéaire? conrotatoire ou


□ Identifiez bien l’OMF ou les OMF (avec nœuds) impliquée(s) et dites si le processus global est SUPRA ou ANTARA.

c) Expliquez la stéréochimie au CH en jonction de cycle en tenant compte de votre réponse en b.


Question 4 [18 points] a) En mélangeant le cétène et la nitrone suivants, une séquence de réactions survient (Org. Biomol. Chem.

2015, 13, 1807). Proposez un mécanisme en 2D pour cette transformation passant, dans l’ordre, par une cycloaddition (3+2) et un réarrangement sigmatropique-[3,3].

b) Dessinez la HOMO du cétène. Dessinez également la LUMO du cétène. Identifiez-les clairement. Selon

votre mécanisme en a, la nitrone est-elle pauvre ou riche en électrons ? Justifiez brièvement.


Question 5 [41 points] Trauner a récemment publié la synthèse de l’aplydactone, un produit naturel hautement tendu (Angew. Chem. Int. Ed. 2015, 55, 11251). Un premier cyclobutane est généré par irradiation du composé A.

a) Encerclez les chromophores sur la molécule A qui pourraient absorber les UV. Lequel de ces chromophores sera le plus facile à exciter ? Pourquoi ?

b) Proposez un mécanisme concerté pour cette transformation. Précisez les étapes photophysiques. Si

applicable, utilisez les OMF pour démontrer que la réaction est permise. Vous disposez d’espace sur la page suivante.


c) Proposez un mécanisme non concerté pour cette transformation. Précisez les étapes photophysiques. Si applicable, utilisez les OMF pour démontrer que la réaction est permise.


d) D’après vos réponses en b et c, lequel des deux mécanismes (concerté ou non concerté) est le plus probable ? Pourquoi ?

e) La synthèse se poursuit par la préparation du composé C qui est chauffé pour générer le deuxième cyclobutane de la molécule. Proposez un mécanisme pour la transformation de C à D.


Question 6 [18 points] Le diiodure de samarium, qui agit comme donneur d’un électron, est utilisé en excès pour réduire le groupement nitro en amine dans un mélange THF : méthanol (Tetrahedron Lett. 1991, 32, 1669).. Proposez un mécanisme qui tienne compte des pKa des espèces en solution (amine ≈ 35, alcool ≈ 15, ammonium ≈ 10, ROH3

+ < 0). Le mécanisme de réduction du nitro passe par un nitroso (RN=O), une hydroxylamine puis termine à l’amine.


NOM : Matricule :

COR 401 : CHIMIE ORGANIQUE IV ET Date : Vendredi, 20 avril 2018 COR 741 : ORBITALES MOLÉCULAIRES FRONTIÈRES EN CHIMIE ORGANIQUE Heure : 9h00 à 12h00



Question 1 [22 points] a) Proposez un mécanisme pour la réaction suivante. Votre mécanisme devra contenir une réaction

péricyclique. [6 points]

NaOH

CHCl3H2O

Cl

Cl

b) De quelle réaction péricyclique s’agit-il ? [3 points] ___________________________


c) Pour cette réaction péricyclique [13 points]: □ Déterminez si la réaction est permise thermiquement d’après la symétrie des OMF. □ Indiquez tous les détails applicables (endo ou exo? approche linéaire ou non linéaire? conrotatoire ou


Question 2 [41 points] Le groupe de Landais a publié une transformation radicalaire impliquant trois partenaires (1, 2 et 3) pour la formation du composé 4 suivant (Org. Lett. 2013, 15, 2814). Notez que le dichloroéthane est un solvant.

a) Proposez un mécanisme en chaine pour cette transformation. Identifiez les étapes d’initiation et de

propagation. Vous disposez d’espace supplémentaire sur la page suivante. [18 points]



b) Pour la première étape de formation de lien carbone-carbone par addition d’un radical à un lien , déterminez si le radical a un comportement électrophile ou nucléophile. Déterminez l’OMF du lien qui réagit avec le radical. Expliquez la régiochimie d’addition observée s’il y a lieu. [13 points]

c) Si on remplace l’acylénamine 2 par la buténone, la réaction ne fonctionne plus. Pourquoi? [4 points] d) Dans un tel cas (voir c), dessinez les trois produits qui seront formés dans la réaction. [6 points]


Question 3 [11 points] En 2015, le groupe de Tummatorn publiait la transformation suivante (J. Org. Chem. 2015, 80, 4516).

a) Sachant que l’acide trifluorométhanesulfonique est assez fort pour protoner un azoture, proposez un

mécanisme pour cette transformation catalysée en milieu acide et qui devra impliquer une réaction péricyclique. [8 points]

b) Nommez et cette réaction péricyclique dans votre mécanisme. [3 points]


Question 4 [26 points] Vous avez préparé l’énolate suivant qui cyclise. En observant le produit cyclisé, vous remarquez que seul le produit d’addition-1,4 est généré et que la réaction est complète. Notez qu’un cycle à 5 membres présente moins de tension d’angle et d’interaction stérique internes qu’un cycle à 7 membres, et qu’il est plus difficile d’ouvrir un cycle à 5 membres qu’un cycle à 7 membres.

OO

Ph

O

ou

OO

PhPhO

C (non observé)A B (seul produit observé) a) Le fait que la réaction soit complète vous indique-t-il que la réaction est réversible, irréversible, ou vous

n’êtes pas capable de conclure ? Expliquez. [6 points] b) Posons que la réaction est à l’équilibre. Donnez deux arguments expliquant la formation unique du

produit d’addition-1,4 B. [5 points]


c) Posons que la réaction n’est pas à l’équilibre. Donnez deux arguments (différents de ceux en b) expliquant la formation unique du produit d’addition-1,4 B. [9 points] d) Tracez un diagramme d’énergie impliquant l’énolate de départ A, le produit d’addition-1,4 B et le produit

d’addition-1,2 C qui tienne compte de vos réponses précédentes. [6 points]

coord. rxn

E

B A C


Question 5 [27 points] Le groupe de Banwell, en Australie, a publié le traitement photochimique du composé dihydroxy-bicyclo[2,2,2]octénone I suivant dans différentes conditions (J. Org. Chem. 2017, 82, 8008). La première transformation se fait en présence d’acétophénone pour mener au composé tricyclique II.

Hh

I

O

OHOH

OH

OH

O

H

II

O

cat.

a) Proposez un mécanisme complet en indiquant les étapes photophysiques et photochimiques pour la

transformation en composé tricyclique II en présence d’acétophénone. [13 points]


b) Les deuxièmes conditions testées utilisent une longueur d’onde d’excitation correspondant à la longueur d’onde d’absorption d’un alcène. Dans ces conditions, c’est plutôt le produit bicyclique III qui est formé.

□ Proposez un mécanisme concerté en indiquant les étapes photophysiques et photochimiques pour la transformation du produit de départ I en composé bicyclique III.

□ Nommez la réaction photochimique principale : ___________________________________________ □ Utilisez les OMF pour démontrer que la réaction est permise. □ Indiquez tous les détails applicables (endo ou exo? approche linéaire ou non linéaire? conrotatoire ou

disrotatoire? suprafacial ou antarafacial? inversion ou rétention de configuration?) en vous basant sur la symétrie des orbitales et déterminez si le processus global est SUPRA ou ANTARA. [14 points]


Question 6 [17 points] Vous effectuez la réduction de l’anhydride succinique avec du sodium dissous dans l’ammoniac. Le produit anionique de réduction (entre crochet) est traité au HCl sec (quench de la réaction) et la butyrolactone est finalement isolée.

Proposez un mécanisme pour cette réduction jusqu’à l’intermédiaire anionique avant quench. Ne pas faire le mécanisme du traitement acide jusqu’à la butyrolactone.


Question 7 [18 points] Le groupe de Barriault à l’Université d’Ottawa a fait sa renommée initialement avec la mise au point d’une impressionnante cascade de réactions menant à ces composés bicycliques fonctionnalisés (Chem. Commun. 2007, 2211). Voici la transformation de base qui contient trois réactions péricycliques. Proposez un mécanisme pour cette transformation. Nommez les réactions péricycliques dans votre mécanisme.


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NOM : Matricule : COR 401 : CHIMIE ORGANIQUE IV Date Lundi ...gbelanger.espaceweb.usherbrooke.ca/COR401/COR401finaux.pdf · NOM : Matricule : COR 401 : CHIMIE ORGANIQUE IV Date :