Voici des plans des leçons de chimie organique pour les oraux de lasession de l'agrégation de chimie 2012-2013.

Ces plans ont été travaillés par Eloïse et moi. Généralement, ils ont étéécrits d'après les propositions faites aux cours des présentations durantl'année et sont très souvent le fruit de réflexions communes de différentespersonnes de la promotion durant les longues soirées de travail del'année^^. Et puis, vous retrouverez parfois de grandes ressemblancesavec les plans des années précédentes, ils étaient bien, n'est-ce pas ? ;-)

Voilà donc merci à :

Nils ARONSSOHN

Pierrick BERRUYER

Benjamin BOUSQUET

Céline CAILLETEAU

Fabien CARON

Estelle GODART

Arthur MARAIS

Antoine MEUNIER

Mathilde NIOCEL

Romain REOCREUX

Thomas ROSSI

Lyvie ROUSSI

Arnaud TALEWEE

Eloïse THOMAS

Je n'ai pas tout relu après avoir passé les oraux, il y a donc sûrementencore des fautes de frappe, d'orthographe et de grammaire, parfois mêmesûrement de références biblio, et (j'espère pas mais peut-être) des erreursscientifiques, du coup gardez des précautions vis-à-vis de ces plans. De plus dans les références, il y a parfois des numéros après les BUP quifont références aux pages du BUP cité dans la biblio même si il n'y a pasde p. devant.

Bon courage !

Maëlle

LO 1 : Polymères vinyliques et polydiènes : synthèses, propriétés et applications (étude cinétique exclue)

Tous les exemples avec applications et chiffres sont dans le Gnanou à la fin. Lestempératures de Tg des polymères Halaray p. 218, Clayden , ICO

Niveau : L2Pré-requis : réactions de base en chimie organique, notion de stéréochimie,

contrôle thermodynamique/cinétique, notions sur synthèse peptidique, module d'Young (physique)

Biblio : Tout-en-un PC, Halary,-Lauprêtre, Hprépa PC, Fontanille-Gnanou, Grécias jaune et bleu organique, OCP 9, Frajman, ICO, Clayden, BUP 888

Introduction : Polymère partout autour de nous, donner des exemples! Alimentaire (gélifiant,épaississant), ...Etymologie du mot polymère- Polymère naturel cf.caoutchouc- Staudinger 1920 =concept de macromolécule. Production volumique mondiale supérieure à celle de l’acier. Donner chiffres.Exemples Tout-en-un p 855 + Halary p19

But de la leçon : comprendre le lien entre la stucture, les propriétés et lesapplications des polymères (qui seront présentées tout au long de la leçon).

I. Présentation (15' max)1) Définitions

Définition polymère au tableau, macromolécule sur transparent, HP p.690 Définition et différence monomère (réactif)/motif (unité de répétition) Exemple : PVC(polychlorure de vinyle), donner son utilisation sur transparent HP p.690 + Tout-en-unp.861Existe différents types : naturels, artificiel, synthétiques Gnanou p.6 + exemples HPp.691-692.Dans cette leçon, on se restreint aux polymères vinyliques et aux polydiènes. Polymère vinylique = répétition d’un monomère vinylique (CH2=CHZ) + exemple etapplications Gnanou p 472 + HPPolydiène = polymère issu de la répétition d’un monomère comportant 2 double liaisons+ exemple et applications. Gnanou p 465 + HPMontrer polymère et monomères.

Transition : Macromolécules : longues chaines, mais caractère aléatoire de lapolymérisation => elles n’ont pas toutes la même longueur => comment caractériser unpolymère ? Gnanou

2) Taille des chaînes polymèresDéfinition au tableau : degré de polymérisation, Graphe sur transparent, défintion de différentes masses molaires : masse molairemoyenne en nombre et masse. Définition : indice de polymolécularité Ip au tableau(>=1) HP p.691-693, Gnanou(Remarques : Mviscosité ne peut pas être définie avec autant de rigueur car issue d’unerelation empirique : relation de Mark-Houwink Gnanou.)Méthode de mesure de Mw (diffusion de la lumière, sédimentation, ultracentrifugation,perméation sur gel) et Mn (tonométrie, ébulliométrie, cryométrie, osmométrie,titrages)Tout en un p. 877

Transition : On a dit que macromolécules = enchaînement de motifs et polymèreensemble de macromolécules. Mais comment peut-on vraiment décrire la structure ?

3) Structures (suivre le plan du Gnanou) Le terme structure pour les polymères peut se rapporter à l’enchaînement d’atomes, àcelui des unités monomères, à la chaine dans son ensemble, à un ensemble + ou – grandde chaînes. Donc description à différents niveaux Gnanou p.19 * Dimensionnalité (au tableau) : linéaires (=chaînes), ramifiés ou branchés (=points dejonction le long des chaînes à partir desquelles se déploient des chaines latérales),réticulés (structure 3D : transparent) -> exemple de la vulcanisation du caoutchouc,polybutadiène Tout en un p.871, aussi Van der Waals ou liaison H=> propriétésdifférentes des polymères. * Enchainements des motifs : - homopolymères : définition (= un seul motif), enchainement tête à queue et tête à tête(schéma sur transparent, on désigne tête et queue). HP p.713 - copolymères : définition (=plusieurs motifs) + exemple HP p.715 => on n’en parlerapas plus aujourd’hui. * Configurations (tacticité : définition, isomérie géométrique, présence d'un carboneassymétrique ou d'une double liaison)) : HP p.717 représentations des motifs surtransparent* Conformation : flexible (pelote statistique : repliement de la chaîne sur elle-même),rigide (zig-zag), hélice : Frajman HP.

Transition : Pourquoi des structures si différentes ?

II. Synthèses de polymères vinyliques et polydiènes (15')Les polymères organiques sont obtenus à plus de 85 % par des polymérisations en chaîne(que vous avez déjà rencontré) = Croissance par addition du monomère à l’extrémité dela chaîne en croissance.Ils existent plusieurs façons de mettre en place cette polymérisation : radicalaire,anionique, cationique, par coordination. Frajman

1) Polymérisation radicalaireImportante d'un point de vue industrielle.Exemples : PS et PVC (seule méthode pour le préparer) (voir chiffres du Gnanou p.472-476)Mécanisme au tableau sur le PS en détaillant les grandes étapes (amorçage, transfert,propagation, terminaison : transparent) et explication régiosélectivité, remarque :enchaînement tête- à-queue HP p.702 + Frajman p.384Transferts et créations de ramifications, ajout des flèches sur transparent HP p.704Conséquences sur la structure => réticulation.Tableau de caractérisations récapitulatif. HP p.712

Transition : Plein de ramification, chaînes de longueur très différentes mais il existe unautre mode de synthèse permettant d’avoir d’autres caractéristiques.

2) Polymérisation anioniqueMonomères concernés, doivent pouvoir stabiliser les anions HP p.708Mécanisme sur le PS sur transparent. Transferts => polymère vivant HPCaractéristiques en comparaison avec la radicalaire Tableau HP p.712Exemple d’application : difficulté de mise en pratique (pureté des monomères… maisutilisation en industrie croissante) + polymérisation anionique de l’isoprène ICO p.251(diènes et polyènes)

Transition : Pas stéréosélective. D’où autres méthodes.

3) Polymérisation cationique et coordinative(ne pas faire cationique si pas le temps, aller vite) Grecias jaune chimie orga+ Gnanou*Cationique : seulement pour l’isobutène. Principe, enchainement tête à queue etapplications (ruban adhésifs)*Ziegler-Natta (PN 1963) : TiCl4, Al(C2H5)3 ; polymères stéréoréguliers qui présententdes propriétés mécaniques bien supérieurs à celles des polymères atactiques. Grécias jbp.279Ex : PB cis avec Z-N à 95% GnanouEx : PE parfaitement linéaire, conditions très douces (PEBP ; P=1 à 10bar, T<100°C).Mais forte polymolécularité (3 à 30). A comparer avec PEHP, conditions radicalaires.Tableau comparatif Halary p. 59 )

Si pas le temps, le mettre en remarque du II.2)

Transition : On a vu la théorie de ces mécanismes, comment on les met en pratique ?

4) Procédés industrielsSur transparent : masse, en solution, en suspension, en émulsion Gnanou p 268-290,Grécias jaune p 281, Tout-en-un p 936Application : résine échangeuse d’ions synthétisés en émulsion (copolymère) ! Clayden

Transition : Nous venons de voir que suivant le type de synthèse, on impose une certainestructure : ramifiés avec radicalaires, non ramifiés avec anionique, voire stéréoréguliersavec Ziegler-Natta. Comment savoir quelle voie choisir ? Tout dépend des propriétés quel’on cherche à obtenir. En effet, nous allons voir que les propriétés du matériaudépendent étroitement de la structure de cette macromolécule.

III. Propriétés et applications (20')1) Etat physique des polymères

On a déjà vu différents états physiques. Ex : pour l'eau : solide, liquide, gazeux.Polymères vont être un peu originaux.Pas de polymère à l’état gazeux et au sein de liquide et solide, température dechangement d'état peu marquésDifférents types de polymères : thermodurcissable, thermoplastique (ceux qui vont nousintéresser)Influence de la température sur chacun des deux types.Différents états pour le polymères : cristallin, amorphe Que se passe-t-il quand on chauffe? Différence entre cristallin et amorphe. Définition deTg et Tf au tableau. Halary p 218, Frajman p 374Mais un polymère n'est jamais ni parfaitement amorphe, ni parfaitement cristallin =>définition du taux de cristallinité : Xc. Tout en un p.885Exemple PE haute densité/basse densité. Dépend de réticulation, liaison hydrogène.

Température de transition vitreuse qui va être importane pour choisir l'application dupolymère : ex : polystyrène, polypropylène, caoutchouc.

(- Cohésion d’un polymère : dépend surtout de l’intensité des interactions intermoléculaires : sichaines linéaires sont fortes, si ramifications liaisons intermoléculaires faibles. Grecias jaunep.280, Gnanou p359, HP- Etat cristallin et amorphe =>taux de cristallinité (xc) Etat cristallin favorisé par empilement régulier des chaines (Interactions de London) xc élevé Exemples de xc pour PE basse et haute densité ainsi que leurs utilisations Ex : PEHD >0,8 etPEBD entre 0,3 et 0,5 ! PEHD possède des chaînes très peu ramifiées capables de s’associer demanière compacte, le PED possède de nombreuses ramifications (20 à 30 pour 1000 atomes) qui

limitent la possibilité de repliement compact. Gnanou-Que se passe-t-il avec T ? Thermoplastique et thermodurcissables (ceux auxquelles on s’intéresse ensuite). Exemples +applications. Etat caoutchouteux ou élastomère Températures de transition vitreuse et de fusion -Récapitulatif : diagramme pour récapituler les différents états et les températures de transition.Rq : les transitions n’ont pas lieu à une température précise du fait de la dispersion des massesmolaires dans le polymère. HP -Facteurs influençant Tg Frajman, Tout –en-un p 891 ex du PMMA iso et syndiotactique Halaryp.218 => selon la structure pas mm ptés ! et structure dpd de la synthèse ! -Exemple de Tg et utilisation HP)

Transition : Quelles propriétés mécaniques présentent ces états et comment sont-ellesutilisées par les industriels?

2) Propriétés mécaniquesHP p 728, Frajman p 378, Tout-en-un p 896Résistance à la traction => Module de Young *transparent courbe σ=f(E) , pour les 3grdes classes de matériaux (élastomère, plastiques rigides, plastiques mous) et E=f(T)pour taux de cristallinité différent* Exemple de différence de module d’élasticité pour les différents PE => importance dumode de polymérisation. Gnanou p.460 (pas faire si pas le temps) ICO p.685 : synthèse supporté d’un polypeptide. On veut synthétiser un polypeptide.Depuis Merrifield : synthèse supporté, i.e. on greffe la chaine sur un polymère etcroissance => facilitation de purification etc… Pour que cela se passe dans de bonnesconditions on a besoin que la résine ait certaines caractéristiques, notamment doit êtreinsoluble, solide (donc en dessous de Tg qui vaut environ 100°C), résistante. Résistanceà l’écrasement croit avec réticulation, donc on a envie de réticulations =>copolymérisation avec un réactif bifonctionnel. Mais si trop de réticulation on diminuel’accessibilité aux sites électrophiles => donc compromis à faire. + OCP 7 p.67

3) Solubilité et gonflementFrajman p 382, HP p 735, Tout-en-un p 895Effet bon/mauvais solvant sur pelote de polymère *transparent* PS expansé, hydrogels(ex super-absorbants) Retour sur l’exemple de la synthèse d’un polypeptide : Vollhardt p.1175 : on expliquepourquoi il ne fallait pas trop de réticulation, il faut que le polymère puisse bien gonflerpour que la diffusion des réactifs se fasse correctement. Procédé à présent automatisé. + alternative de Sheppard, changement de support solide OCP 9 p.75

Conclusion :Bilan : schéma-lien entre mode de polymérisation, la structure et propriétés. Faire

attention à toutes les étapes. De nos jours : copolymères, fonctionnalisation… Synthèse sur support solide : grande utilisation de nos jours : ex de l’ICO p.524 :couplage de Stille, avantage l’iodure organométallique reste fixée donc purificationfacile, bien car toxique donc il vaut éliminer toutes traces. Pendant longtemps, les propriétés de durabilité et de résistance à la dégradation desmatériaux polymères, ont été considérées comme prioritaires, on s’intéresse maintenantde très près aux possibilités d’éliminer les déchets polymères en développant desrecherches sur les matériaux (bio)dégradables ou compostables.

LO 2 : Utilisation des métaux de transition en chimie organique

Niveau : L3Pré-requis : Base de chimie organique (oxydoréduction), Chimie de coordination,

cycle catalytique, formalisme de Green, Stéréochimie Biblio : Clayden, Brückner, Astruc, ICO, Rabasso, Campagne, Steinborn,

(Housecroft), Kaim, Metals in Life…

Introduction : Définition des métaux de transition (np vide (n-1)d partiellement remplie) (np vide (n-1)d partiellement remplie) T Astruc Variété de paramètres que l’on peut faire varier en comparaison de chimie classiq (métal,pH, DO, taille, effets des ligands…) => importance en synthèse organique, industrie…

I. Oxydation par les métaux de transition1) En quantité stoechiométrique

a) oxydation des alcoolsICO chap alcool + Brückner p.496* Réactif de Jones : CrO3 dans l’eau. Il s’hydrate en CrO4H2 = CrO4H- + H+. Mécanisme (principales étapes) d’abstraction du proton. Formation d’une C=O. Noterles DO du chrome. Obtention de l’acide carboxylique pour les alcools primaires. T (remarque ne pas détailler tout le devenir du chrome) Ex des éthylotests.

* Comment avoir l’aldéhyde ? Ne pas travailler dans l’eau. Présentation des réactifs deSarett, Collins, PCC, PDC T T : ICO p 409 ex 8 (malgré la légère acidité de PCC, l’acétal est maintenu !). Transition : ICO ex 10 : on a oxydé l’alcool mais pas l’alcène (chimiosélectivité), et sion voulait oxyder l’alcène ?

b) Oxydation des alcènes ICOKMnO4 : bien détailler (énantiomères…) attention au mécanisme voir JD p.209 OsO4 KMnO4 DO=VII très bon oxydant … trop bon oxydant. T : couples de Mn à prendre en compte en conditions acides VS basiques. E°’. ICO

p208. Bernard-Busnot ou diagramme de Pourbaix pour montrer que – oxydant en milieubasique. On utilise donc KMnO4 en conditions basiques, sous forme diluée, à basse température Mécanisme : faire la syn addition (remarque : intermédiaire jamais isolé), puis dire quehydrolyse =>diastéréospécificité syn. T : exemple de réaction (ICO) T : bilan du devenir du manganèse.

Souvent pas un très bon rendement => autre méthode…. OsO4 DO=VIII très bon oxydant. T : étapes-clefs du mécanisme (quoique mal connu). Addition quantitative de OsO4 surdouble C=C (sélectivité !! )puis hydolyse (Brückner/ICO)

Transition : coûteux et toxique…

2) En quantité catalytique a) OsO4 en quantité catalytique

Système réoxydant (lui est en qté stoechio). => on peut utiliser OsO4 en condition cata. Equation bilan de la ré-oxydation de OsO4 par NMO. Ex ICO T, Ex d’autres système oxydant : mol ac alcène et alcool ICO : chimiosélectivité. Remarque : on pourrait la rendre énantiosélective avec dihydroxylation de Sharpless

Transition : on a parlé de chimiosélectivité, de diastéréosélectivité, et énantiosélectivité?

b) Epoxydation de SharplessConnu : époxydation d’un alcène avec mCPBA : diastéréospécificité. On peut utiliser unmétal de transition afin de faire une réaction énantiosélective Si on dissymétrise le substrat ou le réactif, on peut être énantiosélectif. Conditions de Sharpless + exemples Transition : On a vu comment oxyder les alcènes grâces aux MT (alcool, alcène…),maintenant on peut également les réduire grâce aux MT et leur nombreux degrésd’oxydation

II. Réduction par les métaux de transition

*L’hydrogénation d’un alcène (très exergonique mais interdite de symétrie) Steinbornp.49 => nécessité d’utilisation de catalyseur

*Définition catalyseur => Le rôle du catalyseur est de remplacer une ou plusieursétapes difficiles par une succession d’actes plus faciles Scacchi * Cat homogène ou hétérogène…

1) Hydrogénation en catalyse hétérogène *Définition catalyseur hétérogène : Scacchi * Bilan ICOp.189 Avec Ni de Raney, PtO2 pour alcène (ex de l’ICO où on voit la sélectivité syn) et alcyne(procédé industriel du butane-1,4-diol) ICO p.264 * Mécanisme Brückner 536 Principales étapes puis mécanisme (noter les étapes au tableau) * Diastéréospécificité. Car addition syn. (Remarque TD : a été déterminé avec deutérium)

Pb comment s’arrêter à l’alcène à partir de l’alcyne ? * Catalyseur empoisonné Lindlar : Pd déposé sur carbonate de calcium avec acétate de plomb, éventuellement dela quinoléine bénéficie. (20/1 à 40/1) ICO 264 * Chimiosélectivité ICO 264 Les alcynes sont hydrogénés préférentiellement à toutes les autres fonctions surpalladium et sur nickel. Cette sélectivité n’est pas due à une vitesse de réaction élevée, mais plutôt à une trèsforte adsorption qui leur permet de déplacer tous les autres groupements fonctionnels dessites actifs du catalyseur. T : Hydrogénation chimiosélective : synthèse de la jasmone ICO p.264

2) Hydrogénation en catalyse homogène *Présentation, mécanisme. Steinborn (Housecroft)

Découverte milieu 1960’s Structure du catalyseur, bilan et conditions. Faire le cycle au tableau ; DO, NEV, nom de chaque étapes. Remarque : l’éthène empoisonne sa propre conversion en éthane => on ne peut pasutiliser la catalyseur de Wilkinson dans ce cas. Pour avoir une catalyse efficace la tailledes alcènes est importante (Housecroft) *Ex de ligand chiraux => hydrogénation énantiosélective. Synthèse L-DOPAClayden (=> avantage par rapport à cat hétérogène)

Transition : Petits morceaux de molécules : oxydation, réductions maintenant on va voircomment les assembler pour construire le squelette carboné.

III. Modification du squelette carboné 1) Couplage de Heck : formation C-C

Campagne, Astruc, Steinborn, Clayden pour la formation de l’espèce Pd(0). * Bilan * Mécanisme simplifié (route non polaire, régiosélectivité dirigée par les gènes stériques.Pour un polaire : régiosélectivité dirigée par effets électroniques) * Application C’est la plus connue des réactions de couplage, elle est d’une grande utilité, car ellemanifeste une bonne tolérance pour les groupements fonctionnels T : Exemple du couplage de Heck en synthèse (Campagne p. 50)

Transition : On vu la possibilité de former des cycles moyens ce qui n’est pas facile, uneautre méthode encore mieux !

2) Métathèse : formation C=C Ne pas donner le mécanisme, juste le bilan. Exemples. Astruc p. 369, ICO p. 230

Conclusion : Montrer une CP avec les métaux présentés dans la leçon en rappelant leur utilité, sansoublier le rôle des ligands !(Cr, Mn, Os, Pt, Pd, Ru, Rh, …) Métaux non cité et réaction non citées : métathèse, hydroformylation,polymérisation,Monsanto… Ouverture en bio : l’hémoglobine… Kaim , Metals in Life

LO 3 : Les alcènes(réaction de Diels-Alder exclus)

Niveau : L2Pré-requis : Théorie de Hückel simple, hydratation, hydrohalogénatoin et

dihalogénation des alcènes, contrôle cinétique et thermo, notion de DO, de réduction et d'oxydation, acide/base (Lewis+Bronsted), notion de RMN et IR

Biblio : Hprépa PC, T&D PC, ICO, Rabasso T2, Hprépa Tout-en-un PCSI, Clayden, Weissermel

Introduction : Définition alcène : composés de formule brute CnH2n. Schéma + exemples à l'étatnaturel ICO p.185. Réactions déjà vu en L1 (hydratation, hydrohalogénation,dihalogénation, ozonolyse), exemples HP

I. Généralité sur les alcènes1) Obtention

a) en laboRappel de déjà vu : Eliminations– déshydratation d'alcool. Exemple HP PCSI p.421– déhalogénation. Exemple HP PCSI p.370Autres réactions que vous verrez plus tard

b) en industrie– par craquage catalytique des hydrocarbures Weissermel p.64Tonnage produstion d'éthylène et intérêt.– raffinage de carburant Weissermel p.71

2) Propriétés spectroscopiquesa) RMN

Blindage et exemple. HP p.537 flexcamConstante de couplage, différence alcène Z et E

b) IRHP p.538

II. Hydroboration des alcènes1) Présentation du réactif : le borane

BH3 : acide de Lewis et électrophile. HP p.541 Formule avec lacune, VSEPR, AX3

dimérisation, stabilisation avec le solvant (liaison dative) TD p.363

2) Formation des alkylboranesBilan monoalkylation HP p.541Régiosélectivité : -encombrement stérique. Exemples ICO p.216,

-effets électroniques. Exemples ICO p.216 : différence de sélectivité entre un alkylborane et styrène, calculs de charges sur Hulis. Stéréosélectivité : syn-addition, addition concertéeStéréospécificité : sur alcène Z ou E -> on obtient un autre diastéréoisomère. Exemple àinventer.Mécanisme pour monoalkylation TD p.364 et possibilté d'aller jusqu'à trialkylation.Influence de l'encombrement de l'alcène sur nombre d'alkylation. Exempled'alkylboranes mono, di ou tri substitués. Exemples ICO p.217 + Rabasso T2

3) Application à la formation d'alcoolOn a déjà vu, obtention alcool avec règle Markovnikov par hydratation des alcènes.Bilan sous formed'exemple. HP PCSI p.220Mnt grâce à cette hydroboration, on peut avoir des alcools anti-Markovnikov paroxydation du B des trialkylborane par H2O2+NaOH. Bilan-exemple ICO p.218

Transition : on a pu créer des liaisons C-O grâce à cette réaction, à partir des alcènes onpeut aussi créer des liaisons C-O par oxydation.

III. Oxydation d'alcènes1) Epoxydation

Bilan et réactif utilisé : m-CPBA TD p.367Mécanisme TD p. 368 - stéréosélectivité : HP p.545 Addition syn, concertée . Exemple HP p.545(diastéréospécificité)- influence de la double liaison : mCPBA électrophile (le montrer) réagit sur les C=Cenrichies en électrons. Exemple ICO p.205

Transition : les époxydes sont très intéressant comme intermédiaires de synthèse. Onavait vu avec les organomagnésiens, réactions pouvant allonger les chaînes carbonées,permettent également de conduire à des diols viciaux HP p.564

2) Dihydroxylation- antihydroxylation : Possible par ouverture d'époxydes : Bilan + mécanisme

d'ouverutre en milieu acide et en mileu basique. (un au tableau, l'autre surtransparent).TD p.368 + HP p.547 Exemple.Régiosélectivité : sur le C le moins encombré : TD p.360 - synhydroxylation : *KMnO4 DO=VII très bon oxydant … trop bon oxydant. TD p.371On utilise KMnO4 en conditions basiques, sous forme diluée, à basse température. Bilan + mécanisme? Exemple ICO p.208* OsO4 DO=VIII très bon oxydant. Etapes-clefs du mécanisme (quoique mal connu). Addition quantitative de OsO4 surdouble C=C (sélectivité !!) Danger avec OsO4 ICO p.209 + TD p.372A priori, il faut OsO4 en quantité stoechiométrique. Grâce à un co-oxydant, on peutl’utiliser en condition cata.

Transition : Ces diols syn sont très importants en chimie organique, notament pourclivage de la fonction C-C.

3) Coupure oxydantea) des diols vicinaux

Oxydation par l'acide periodique HIO4. Bilan + exemple. HP p.547

b) rappel : ozonolyseBilan selon les conditions + exemples ICO p.213-215Mécanisme ICO p.213 + Clayden p.939

IV. Hydrogénation catalytique1) Catalyse hétérogène

Equation bilan : alcyne->alcène->alcane. Source de H : H2 Difficile. Nécessité d'uncatalyseur, homogène ou hétérogène. TD p.359

Alcènes : ICO p189 exemplesMécanisme : Tec&Doc p360+ Bruckner p536 sur transparentsRégiosélectivité, C=C la moins encombrée, exemple HP p.551Stéréosélectivité partielle, influence de la pression en H2 : hydrogénation syn exempleICO p.189Alcynes : 2 stades de réduction possibles : ICOp264-269 utilisation du catalyseur deLindlar. Autre manière d'obtenir des alcènes.

2) Catalyse homogèneCatalyseur de Wilkinson, exemple ICO p.189Intérêt.

Conclusion : Bilan, ouverture sur Diels-Alder.Application en industrie : polymérisation HP

LO 4 : Acides carboxyliques et dérivés

ATTENTION : il faut parler vite!

Niveau : L2Pré-requis : Alcool, aldéhydes/cétones, Hückel, IR/RMN, effet inductif/mésomère,

dérivés halogénés, aminesBiblio : Hprépa PC, T&D PC, ICO, Rabasso T1, Vollhardt, Hprépa Tout-en-un

PCSI, Carey T2,

Introduction : Les acides carboxyliques sont des composés organiques de formule générale R-COOH etles dérivés d'acides sont par définition des composés qui régénèrent l'acide parhydrolyse. Il existe 5 dérivés d'acides : les chlorures d'acyle, esters, anhydrides d'acide,amides, nitriles. Les chlorures d'acide, les anhydrides d'acides sont des intermédiaires desynthèses et ne se retrouvent pas dans la nature. Les nitriles très rarement (présents danshuile d'amande). En revanche les acides carboxyliques, les esters et les amides sontprésents dans la nature et apparaissent dans la composition de nombreux produitsd'usages courants tels que les médicaments, les additifs alimentaires, les produitscosmétiques, matières plastiques... HP p.653 + TD p.535Exemples sur transparents HP, ICO p.647 et suivantesLes dérivés d'acides sont souvent utilisés comme des acides activés, ce qui rend leurréactivité très intéressante, mais avant de voir pourquoi on peut les considérer commedes acides activés, présentons les.

I. Généralités (15')1) Nomenclature

Sur transparent : tableau du HP p.656 avec formule et un exemple en ajoutant les acidescarboxylique TD p.529.

2) Propriétésa) Physico-chimiques

● Température de changement d'état Tableau HP PC p.654 : elles sont supérieures à celles des alcools de masses molairesvoisines ; car existence de liaisons hydrogène plus fortes entre molécules d’acidequ'entre molécules d’alcool => formation de dimères.Pas de liaisons H dans chlorures d'acyle, anhydrides et esters donc point d'ébulltion plusproches de ceux des hydrocarburs de masses moléculaires voisines. ICO p.650

● Solubilité Liaison H fait que la solubilité des acides carboxyliques est bonne dans les solvantsprotiques si la chaîne carbonée est suffisamment courte ICO p.649De même amide et nitrile très soluble dans l'eau car peuvent faire liaisons H mais pourles autres mauvaises solubilités.

● Acide-base - Acide du H de l'acide carbo : dans l’eau les acides carboxyliques se dissocientpartiellement pour donner un ion carboxylate (équation de la réaction). Les acidescarboxyliques sont des acides faibles dans l’eau de pKa variant entre 2 et 5 selon lanature de la chaîne aliphatique HP p.654- Acidité du H en α pour les dérivés d'acides comme on l'avait vu pour les carbonyles vaêtre intéressant au niveau de la réactivité. Valeurs Rabasso p.9-10- Basicité du O de C=O. Valeurs Rabasso p.7

b) spectroscopiques● IR

Tableau avec σmax pour les six composés, explications de l'évolution de la bande devibration d'élongation de la C=O par effet inductif et mésomère.

● RMNRien de particulier, H en α de la C=O un peu plus déblindé mais sinon rien. H de l'acidecarbo à δ=12 ppm ne se voit pas en pratique.

Transition : Maintenant qu’on connaît les acides carboxyliques, leurs dérivés et leurspropriétés,essayons de voir quelle est leur réactivité.

3) Structure et réactivité● H de l'acide carboxylique : site acide● Atome de carbone : site électrophile● O de la C=O site nucléophile et basique● O de la C-O site nucléophile et peu basique

Schéma HP p.655Comparaison des réactivités vis-à-vis des attaques nucléophiles + explicationsHP p.660

Transition : Une propriétés importantes des acides carbo et de leurs dérivés sont qu'ilssont interconvertibles, ceci va être très utile pour leur synthèse.

II. Synthèses (20')1) Synthèses d'acides carboxyliques

Ce qu'on a déjà vu, exemples-rappels sur transparents :– oxydation des alcools par le chrome Vollhardt p.301– RMgX +CO2 HP Tout-en-un PCSI p.251– ozonolyse oxydante ICO p.215

Et bien sûr par définition, par hydrolyse des dérivés d'acides.Equation bilan et exemple pour les 5 dérivés d'acides + mécanime au tableau pourhydrolyse basique des esters : saponification. HP p.672 et suivantes Réaction acido-basique de la fin qui tire la réaction, justifcation avec les pKa. Application à lapréparation des savons à partir des triglycérides.

Transition : Ok ça c'est bien mais en règle général on cherche à synthétiser les dérivés.

2) Synthèses des chlorures d'acyles, anhydrides, nitriles :intermédiaires de synthèseEquation bilan et exemples HP p.657Ce sont des acides activés !

Transition : Ils sont utiles pour synthétiser les autres dérivés d'acides, composés d'intérêt.

3) Synthèses d'esters● A partir d'acides carboxyliques. Equation bilan. Réaction équilibrée, mécanisme

sur transparents avec ajout de flèches. HP p.662Pour améliorer les rendements, utilisation d'un Dean-Stark qui permet de retirer l'eauformer et donc de déplacer l'équilibre ou utilisation d'un acide activé.

● A partir de chlorure d'acyle. Equation bilan. Mécanisme au tableau. On retrouve les mêmes résultats en utilisant un anhydride d'acide. Exemples. HP p.664

4) Synthèses des amidesEquation bilan à partir d'un acide carboxylique et d'un dérivé d'acide. Mécanismeuniquement sur l'un des deux sur transparent. Exemple HP p.669

III. Réactivité et utilisation en synthèse (15')1) Réduction des dérivés d'acide

Existe de nombreux composés pour les réduire. (Carey T2 p.232). On vaparticulièrement s'intéresser à la réduction des esters par LiAlH4. HPBilan => alcool primaire + exemple. ICO p.708Comparaison avec les dérivés carbonylés où on pouvait utiliser NaBH4 mais plus ici.Mécanisme seulement si le temps.

Transition : Esters vont aussi être très intéressant pour obtenir des acides carbo avecallongement de chaîne carbonée.

2) Synthèse maloniqueEquation bilan.Mécanisme sur transparent. Explication pKa et intérêt. HP

Transition : comme dit en intro, présence comme composé naturel comme acides aminéset notament acide aspartique, on va voir comment les dérivés d'acide vont être utilespour synthétiser cet aa en labo

3) Application à la synthèse de l'acide aspartiqueExercice 25 HP p.687 récapitulatifEtapes sur transparent et explication avec remplissage des produits quand celui-ci est en lien avec la leçon.

Conclusion : Amides qu'on retrouve dans la liaison peptidiques => propriétés des protéines;enchaîneemtn d'aa.Ces composés sont très intéressants en synthèse et pour certains utiles en industrie agro-alimentaires + pour polymères : obtention de polyester, nylon.

LO 5 : Les amines

Niveau : L2Pré-requis : Acide/base, nucléophilie/électrophilie, spectroscopie IR, SEAr, alcools,

cétones et aldéhydesBiblio : Clayden, Vollhardt (dernière version), OCP 38, ICO , HP tout en un,

1ère année, PCSI, Kurti, Lalande (élimination Hoffman), Weissermel.

Introduction : OCP (+ Vollhardt p.956 + ICO + HP) * L’élément azote Vollhardt O2/N2 = 0,2/0,5 O2 important pour respirer et l’oxygène et présent sous de nombreusesformes, H2O, alcool, et bien d’autre composé organique. N2 lui est inerte, maisnéanmoins il est présent sous forme de ses dérivés organiques et a un rôle tout aussiessentiel que l’oxygène. * Notamment on a les amines. Définition ICO + HP p.387: amine aliphatique, aromatique Importance : en effet, au niveau biologique, on le retrouve dans les acides aminés quiconstituent les protéines jouant important dans les organismes vivants (structuration descellules ou d’en des processus enzymatiques). Il est également présent dans les colorantsalimentaires dont nous verrons le principe de cette synthèse industrielle au cours de cetteleçon. Donner des exemples d’amines. Amines aliphatiques ou aromatiques T. Vollhardt p.960+ HP p.388

I. Présentation des amines (<15')1) Classes des amines et nomenclature

* Présenter clairement les classes d’amines qui diffèrent des autres classes de composés.Ici la nomenclature se fait à partir des substituant sur l’azote mais pour alcool se fait surle carbone porteur de cette fonction. HP p.388* Nomenclature la plus utilisée : amine mais IUPAC : azane. Exemple. ICO p.455 + HPp.389

2) Propriétés physico-chimiques et structure* Propriétés- Teb comparaison entre amine, alcool et alcane Vollhardt p.959Donc liaison H moins forte que dans le cas d’alcool. Dû à liaison NH moins polarisée. - Solubilité dans les solvants polaires modulée par les substituants pouvant être apolaireICO p.458

- Spectroscopie IR : 1 ou 2 bandes absorption caractéristiques HP Tout-en-un PCSI

* Structure AEX3 HP Interconversion rapide entre les 2 énantiomères : barrière énergétique 25 kJ/mol maisénergie dû à l’agitation thermique =kBT= 25 kJ/mol donc ce n’est pas la raison. Effettunnel responsable. Connaître les origines de l’inversion de la configuration des amines (faible barrièred’énergie + effet tunnel), avoir un ordre d’idée de la barrière d’énergie et de lafréquence d’inversion. Ne pas généraliser à toutes les amines. Existence dans certains cas d’amines chirales du fait de contraintes conformationnelles(ex : morphine ou quinine HP) et ammoniums quaternaires pouvant être chiraux !

Transition : structure fait apparaître un DNL => il va être important pour la réactivité desamines.

3) Réactivité généraleVollhardt p.960+ HP Remarque : penser à comparer amines aliphatiques et amines aromatiques N : - électronégatif que O => acidité + faible (20 ordres de grandeurs) mais DNL +dispo. * Acidité * Basicité de Bronsted: (possibilité de présenté le LDA ou sa synthèse). * Basicité de Lewis, aniline – basique car DNL moins dispo.

II. Synthèses des amines (15')1) Synthèse directe : alkylation d'Hofmann

ICO 479 explication + 475 exemple + HP Bilan : HP Mécanisme : 1ères étapes au tableau et le reste sur T. => pb des polyalkylations ! Remarques HP : on peut s’arrêter au niveau de l’amine primaire si excès de NH3 ou àl’amine tertiaire si l’encombrement devient trop important affaiblissant la nucléophiliede N. On ne peut pas former l’amine secondaire. Sel ammonium quaternaire => utilisé en catalyse comme agent de transfert de phase. Amine tertiaire base utilisée en chimie organique.

Transition : Le choix des réactifs et leurs proportions sont donc cruciales dans cettesynthèse afin de ne pas obtenir de mélange d’amine. On va donc voir qu’il n’existe pasd’autres synthèses, cette fois-ci indirectes, qui permettraient d’être plus sélectif.

2) Synthèses d'amines primaires● A partir d’un de cyanure ou d’azoture de sodium Vollhardt 971

Si le temps : Deux méthodes vont être possibles pour passer d’un halogénoalcanes à une

amine qui sera exclusivement primaire de part les réactifs utilisés. * A partir du cyanure de sodium : RX transformé en nitrile RCN, suivie d’une réduction(avec H2/Ni) en amine primaire donnant RCNH2. On a introduit un carbone dans lesquelette dans l’halogénoalcane. Bilan. Mécanisme sur T. (ne pas détailler la réduction)

* Si le temps : Si on veut mnt ajouter un halogénoalcane à un groupe amino sans carbonesurnuméraire : on va utiliser l’azoture de sodium et former un azoture d’alkyle. On vaensuite obtenir l’amine par réduction (LiAlH4 ou Pd/C). Bilan. Mécanisme (ne pasdétailler la réduction)

Transition : Néanmoins, dans ces 2 dernières synthèses on utilise une étape de réductionqui peut entrainer une perte de rendement ou provoquer au sein d’une molécule laréduction d’une autre fonction comme alcène ou aldéhyde. Une autre synthèse indirectepermet de s’affranchir de cette étape de réduction.

● Synthèse de Gabriel Vollhardt 971 pour pKa + Kürti pour méca et exemple Bilan et mécanisme Principe : Utilisation de l’hydrazine car lors de la deuxième attaque nucléophile onforme un composé cyclique qui permet de favoriser la réaction et donc de favoriser laformation de l’amine primaire exclusivement.

Transition : On vient de voir comment synthétiser une amine primaire exclusivement, eton va maintenant voir comment on peut procéder pour former une amine secondaire outertiaire.

3) Synthèse d'amines secondaires et tertiaire par aminationréductriceBilan et mécanisme Vollhardt p.973Dans cette synthèse, la substitution de l’amine synthétisée va s’effectuer lors du choix duréactif. On va utiliser : NH3 pour faire une Ir, une Ir pour faire une IIr, une IIr pour faire une IIIr.L’amine réactif va réagir avec une cétone ou un aldéhyde en milieu acide (activation)pour former une imine (non isolé), suivie d’une réduction par (NaBH3CN ou H2/Ni).(LiAlH4 pas stable en milieu acide, Vollhardt explication)

Transition : on va maintenant s’intéresser à la synthèse des amines aromatiques, enparticulier au composé précurseur de cette famille l’aniline

4) Synthèses d'amines aromatiquesT Synthèse industrielle de l’aniline : Ce fait à partir du nitro-benzène puis soithydrogénation + catalyseur ou avec NH3+catalyseur. Weissermel p.386-387

Transition : On vient de voir la synthèse industrielle de l’aniline, précurseur des aminesaromatiques. A présent, nous allons nous intéresser à la réactivité des amines, àcommencer par l’aniline pour former d’autres amines aromatiques.

III. Réactivité (20')Préciser que l’alkylation d’Hoffmann et l’amination réductrice constituent déjà unefacette de la réactivité des amines.

1) Acylation d'Hofmann* Bilan et mécanisme avec un chlorure ou anhydride d’acide (si direct avec acidecarboxylique => réaction A/B) Lalande p.246

* Applications : - polymérisation => polyamide : Kevlar, très rigide, utilisé dans gilets pare balle.Lalande ou Nylon Vollhardt p.982 - GP - formation d’une liaison peptidique Exemple de l’aspartame (montrer qu’il faudra probablement protéger certainesfonctions) ICO p.683On vient de voir une synthèse très utilisés en chimie organique notamment dans lasynthèse des précurseurs des protéines ayant un rôle important au sein des êtres vivants(structuration du squelette de nos cellules ou intervenant dans de nombreuse processusenzymatique) Néanmoins, lors de cette synthèse, la nécessité d’utiliser des groupementsprotecteurs est primordiale pour réaliser une synthèse contrôlée. (Clayden 651,couplage)

2) SEAr* Aniline : Rappel des règle de Holleman. Bilan au tableau et mécanisme sur T Effet +M, para ortho orienteur, densité électronique sur l’atome N élevé car atome moinspolarisable donc doublet disponible pour participer à l’aromatisation donc plusréactifs=> polysubstitution Clayden p.559* Solution pour éviter polybromation : diminuer la densité électronique de l’atomed’azote en lui introduisant un groupement attracteur qui va tirer sa densité et le rendremoins réactif. Utilisation de l’anhydride acétique comme électrophile. => cf ce qu’on avu dans la partie juste avant. Clayden

Transition : Egalement une méthode de protection des amines mais pas en milieux acidecar on reforme l’amine. Il existe d’autre groupement le BOC et le FMOC

3) Diazotation Vollhardt + ICO (chap sur les amines): formation du diazonium. ICO p.306 ou Vollhardt p.1041: formation d’un colorant diazoïque (SeAr) Eventuellement parler de ce qui se passe pour les amines aliphatiques => ICO.

Conclusion : Récap de la leçon, importance de la synthèse peptidique Réaction sur les dérivés carbonylés (imine, énamine → azaénolate), propriétésréductrices et surtout propriétés complexantes.

LO 6 : Réactivité du groupement carbonyle : acétalisation, addition d'organomagnésien mixte,

réaction de Wittig, réduction par NaBH4

Niveau : L2Pré-requis : Théorie des OM, OF, Hückel, OrganomagnésiensBiblio : Clayden, ICO, TD PC, NTA blanc, HP PC, Tout-en-un PC, Carey-Sundberg

Introduction : HPDéfinition groupement carbonyle. Attention définition IUPAC inclus aussi dérivésd'acides mais on se restreint à aldéhyde et cétone. Exemples de molécules naturelles.

I. Propriétés et r éactivité de la liaison C=O 1) Structure et propriétés

HP p.246géométrie, polarité, énergie de liaison, classement de réactivité entre aldéhyde, cétone,méthanal + spectro IR

Transition : liaison forte mais qd m très réactif car très polarisable

2) Réactivité- description orbitalaire : diagramme sur transparents, placement des électrons etexplications, HO, BV NTA p.215; HP p.246- site électrophile: C, diagramme, comparaison cétone/aldéhyde, mettre orb liante et anti-liante NTA p.221 gêne stérique et facteur de charge vont dans le même sens.- site nucléophile: O et avec assistance électrophile, meilleur réactivité de C NTA p.216- géométrie d'approche : angle de Bürgi-Dunitz, interaction 180°, 90°, compromis NTAp.217

II. Transformation de groupements fonctionnels1) Formation d'un alcool par réduction par NaBH4

NaBH4 structure et réactivité avec électronégativité ICO p.582exemple : camphre ICO p.583Mécanisme, stéréosélectivité avec angle de Bürgi-Dunitz, modèle moléculaire

Transition : problème de sélectivité entre aldéhhydes et cétones si on veut faire réagircétone en premier, il faut protéger la fonction.

2) Formation d'acétal, acétalisationPrésentation acétal, hémiacétal, cétal, hémicétal TD p.456Exemple : ICO p.560Bilan et mécanisme au tableau, catalyse acide Clayden p345Equilibre : tirer la réaction, avec tamis moléculaire, agent desséchant ou Dean-Stark,montage sur transparents TD p.459Réponse : solution problème

III. Création de liaison carbone-carbone1) Création de liaison simple C-C

action des organomagnésiens, rappel réactivité des OM, électronégativité, chargespartielles, produits avec cétons, avec aldéhydes. HP p.259Mécanisme à 6 centres Clayden p.223 attention lacunes sur MgExemple : ICO p.598

Transition : Pb : si on veut :

avec attaque OM et élimination, règle de Zaïtsev, autre produit, autre réaction...

2) Formation de liaison double C=C : WittigPb résolu avec Wittig : Carey-Sundberg T2 p.96présentation ylure, définition et formation TD .465bilan réaction et mécanisme sur exemple Carey Clayden p.815 +force motrice de laréactionstéréosélectivité Clayden p.815 discussion ylure stabilisé et bilan, alcène Z/E

Conclusion : BilanOn a vu un large panel de réaction exploitant la réactivité électrophile du groupementcarbonyle, ce qui justifie son rôle d’intermédiaire de réaction. Mais nous n’avons pasétudié la réactivité due au caractère acide du proton en alpha.. Cette réactivité seraabordée dans une prochaine leçon.

O

LO 7 : Composés carbonylés. Notion de tautomérie.Réactions en α du groupe carbonyle. Réactions de l'ion énolate.

C-alkylation. Addition conjuguée sur les α-énones

Niveau : L2Pré-requis : RMN, additon nucléophile sur les composés carbonylés,

organomagnésiens mixtes; théorie de HückelBiblio : Vollhardt, Clayden, T&D PC, Rabasso Généralités L, Carey T2,

Hprépa chimie orga PC, ICO, Lalande

Introduction : Leçon précédente, on a étudié C=Cen tant qu'électrophile et mnt on va voir leurspropriétés nucléophile. Cela va permettre de créer des liaisons C-C, ce qui est trèsintéressant en chimie orga.Exemple de l'annélation de Robinson : Vollhardt p.839Objectif : pouvoir expliquer cet exemple à la fin.

I. Equilibre céto-énolique, vers la nucléophilie des dérivéscarbonylés

1) Mise en évidence de l'énolFlexcam : spectre RMN de la dimédone Clayden p.524attribution pics + pics non attribuables. On propose la structure de l'énol ok.Explication : èn-ol.

Transition : quelle relation y a-t-il entre énol et cétone?

2) Equilibre céto-énolique. Notion de tautomérieEquilibre entre les deux formes : bilan TD p.490. Valeurs de constantes d'équilibre ICOp.555. On observe que l'équilibre est fortement déplacé dans le sens du composécarbonylé. On en déduit l'instabilité de la forme énol. Il existe cependant des exemplesd'énols stables tel que le phénol et le pent-1,3-dione (valeurs des constantes d'équilibre :TD p.490). La stabilité s'explique pour le premier par l'aromaticité du phénol et pour lesecond par l'établissement d'une liaison H intramoléculaire.Mécanisme au tableau en catalyse acide et basique Clayden p.526

3) Réactivité de l'énolEtude Hückel de l'énol, on peut résoudre à la main mais ici modélisation sur HuLis. HOhaute en énergie (à comparer à la HO de l'éthène) bon nucléophile. Dans le cadre d'uncontrôle orbitalaire, l'attaque s'effectue sur le plus gros lobe de la HO ie le C. BV haute

en énergie, mauvais électrophile. TD p.492.Exemple : Monohalogénation d'une cétone en milieu acide. Clayden p.535Mécanisme en ajoutant flèche sur transparents.

Transition : Dans la pratique, l'énol est peu utilisé. Une forme, dont la nucléophilie, estexaltée est plus intéressante.

II. L'anion énolate et sa réactivité1) Mobilité du H en α du groupement carbonyle

Proton en α acide. Stabilisation de la base conjuguée par délocalisation électronique.Schéma. Echelle de pKa sur transparent, évolution, effet cumulatif. Rabasso p.6

2) Formation des énolatesUtilisation base forte et encombrée. Exemples HP p.269Problème de régiosélectivité, deux énolae possibles. Exemple : 2-méthylcyclopentanoneCarey T.2, p.8. Identification produit thermodynamique/produit cinétique (plusstable/plus rapidement formé). Conditions favorisant l'obtention de l'un ou de l'autre.Carey T.2, p.5-7 Retour sur l'exemple avec les rapports obtenusen fonction des conditions d'obtention de l'énolate.

3) Réactivité de l'énolateModélisation Hulis de l'énolate, paramètres théorie de Hückel. HO haute en énergie,nucléophile. TD p.495Hulis : en contrôle orbitalaire, addition de l'électrophile sur le C, en contrôle de charge,addition de l'électrophile sur l'oxygène. Mécanismes de principe (avec E), introductiondu vocabulaire C-alkylation et O-alkylation. TD p.495Dans le cadre de cette leçon, on se limite à la C-alkylation et on fait l'hypothèseque lesconditions utilisées favorisent cette dernière.Exemple de C-alkylation Lalande p.31, Carey n°3 p.14. Mécanisme sur transparent avec flèches à ajouter.

4) Réaction d'aldolisation/crotonisationOn s'intéresse à présent à une réaction en contrôle thermodynamique. La C-alkylation estmajoritaire (le produit obtenu conserve la double liaison C=O, plus forte que la C=C).Aldolisation de l'acétone, comparaison montage Soxhlet ICO p.625-626.Mécanisme. Crotonisation. Présentation du mécanisme E1cb sur le produit d'aldolisationde l'acétone. ICO p.627Exemple aldolisation croisée : Lalande p.309-310

Transition : La crotonisation permet de faire apparaître un nouveau type de molécule :les α-énones, qu'on va étudier à présent.

III. Les α-énones 1) Présentation

Définition et exemple TD p.508Etude du système en théorie de Hückel. Modélisation Hulis. BV basse en énergie,électrophile. Les valeurs des coefficients de la BV et le calcul des charges nettespartielles permettent de discuter des deux sites d'attaques sur une α-énone selon le type de contrôle cinétique (orbitalaire ou de charge). Addition 1,2 /addition 1,4

2) Action des organométalliquesCas des organomagnésiens mixtesPréparation TD p.512 Exemple Lalande p.314 Mécanisme TD p512Comment peut-on effectuer majoritairement l'addition 1,2 ou 1,4 ?

Cas des organolithiensPrésentation des organolithiens, préparation TD p.512 Exemple Lalande p.314 Ecriture rapide du mécanisme, explication régiosélectivité TD p.513 (contrôle de chargedu fait de la très forte polarisation de la liaison C-Li (comparer les valeurs desélectronégativités de C, Li et Mg).

Cas des organocuprates lithiésPrésentation des organocuprates lithiés, préparation TD p.512 Exemple Lalande p.314Ecriture rapide du mécanisme, explication régiosélectivité. TD p.513 (contrôleorbitalaire du fait de la faible polarisation de la liaison C-Cu (comparer les valeurs desélectronégativités de C, Cu et Mg)

3) Annélation de RobinsonOn vient d'étudier l'addition des organométalliques sur les α-énones qui est effectuée encontrôle cinétique. On s'intéresse à présent à une réaction d'addition sur les α-énones encontrôle thermodynamique. Vollhardt p.839En contrôle thermodynamique : addition 1,4 majoritaire (C=O plus forte que C=C, le produit le plus stable est donc issu de l'addtion 1,4).Mécanisme de l'annelation de Robinson présenté sur l'exemple introductif. Insister sur la régiosélectivité 1,4 et l'équilibre entre énolate thermo et cinétique (possible car on est en contrôle thermo). Vollhardt p.839 + Clayden

Conclusion : Bilan des réactions vues.Trop cool la création de liaisons C-C!!

LO 8 : Création de liaisons C=C en chimie organique

Niveau : L3Pré-requis : contrôle cinétique et thermodynamique, réaction de β-élimination (E2,

E1, E1cb), réaction de Wittig, réaction de substitution nucléophile, hydrogénation catalytique des alcènes?

Biblio : ICO, Clayden, Hprépa Tout-en-un, Vollhardt, Brückner, Kürti, TD PC, Rabasso,

Introduction : Les doubles liaisons C=C sont présentes dans un nombre important de moléculesnaturelles et synthétiques car ce sont des groupements susceptibles d’être facilementmodifiés par des réactions diverses et parce qu’ils apportent de la rigidité dans lesmolécules. Dans les molécules naturelles notamment, les terpènes (classe d’hydrocarbure, produitpar de nombreuses plantes) contiennent tous le même synthon isoprène contenant desliaisons C=C. On peut citer les exemples de l'α-pinène et le limonène qui sont desmonoterpènes cycliques. Des C=C sont aussi présentes dans les squelettes stéroïdiens(exemple du cholestérol). ICOIl est important de voir de quelle manière on peut obtenir les C=C à partir d'une largegamme d'autres molécules et surtout de maîtriser la stéréochimie de la double liaisonformée, en effet, celle-ci peut être Z ou E (illustration sur les exemples donnésprécédemment).

I. Réactions de β-élimination 1) Sur des dérivés halogénés et des alcools

Bilan avec nucléofuge noté X. X peut être : Cl, Br, I, OH.3 mécanismes limites déjà vus en L1 et L2 : E2, E1, E1cb. Discussion rapide sur lastéréo et régiosélectivité. ICO + Clayden p.492 + HPExemple

2) A partir d'ammoniums quaternairesa) Elimination d'Hofmann

Bilan-exemple ICO p.364Mécanisme, contrôle cinétique, régiosélectivité et stéréosélectivité. Vollhardt p.975

b) Elimination de CopeBilan + exemple ICO p.489Mécanisme : syn-élimination, régio dépendant fortment du nombre de H sur les

différentes positions. Kürti p.96

3) Elimination de PetersonSchéma gobal ICO p.620Mécanisme en milieu acide, en milieu basique + stéréosélectivité. Selon les conditions etles réactifs de départs, on peut choisir le dia qu'on veut.Exemples. Clayden p.813 + Brückner

II. Condensation aldolique et réactions apparentées1) Crotonisation

T : Rappel sur le mécanisme: E1cb + exemple ICO p.626 + TD

2) Réaction de KnoevenagelComposés 1,3-dicarbonylés (ex : malonate de diéthyle). Mécanisme Clayden p.703.Exemple en synthèse ICO p.730

3) Annélation de RobinsonMécanisme + exemple, intérêt => préparation de stéroïdes Clayden p.761 + ICO p.632+ Vollhardt

Transition : une autre réactivité des C=O avec du phosphore pour former des C=C, vousl'avez déjà vu : réaction de Wittig.

III. Réactions de Wittig et apparentées1) Réaction de Wittig

a) ylure de phosphoreDef TD: composé comportant deux charges opposées adjacentes dont l’une est portéepar un hétéroatome. Donner sa structure. Obtention des ylures Rabasso p.24+26

b) formation de C=CEquation bilan : ylure + dérivé carbonylé donnent alcene +oxyde de phosphine. Intérêtde la formation régiosélective de la C=C. Exemple montrant une certaine stéréoselectivité on va l’expliquer avec le mécanismeKürti p.486Modif de SchlösserParler d'ylure stab, semi-stab, non stab. Expliquer la stéréoselectivité en fonction del’ylure utilisé. Présenter sous forme de tableau.

Transition : Il existe des réactions fortement inspirées de celle de Wittig permettant ausside former des alcènes de façon sélective

2) Réactions apparentées

a) Horner Wadsworth Emmons* Formation du phosphonate : réaction d'Arbusov Rabasso p.28 + ICO + Clayden* Réaction : exemple sur transparent Kürti p.212, réactif un peu différent(phosphonate), sélectivité E tout le temps, pas de consensus concernant le mécanisme +intérêt : on forme un sous produit soluble en phase aqueuse , plus facile à éliminer dumilieu réactionnel que l’oxyde de phosphine.

b) Modification de Stille et GennariKürti p.214 CF3 change la sélectivite , utilisation d’un éther couronne qui évite laréouverture de l’oxaphosphétane, en faveur du produit Z.

Conclusion : Bilan. On a vu ici création de C=C mais il existe d'autres façons d'obtenir des C=C engérant la sélectivité. Vous avez déjà vu hydrogénation catalytique des alcynes avec Pd deLindlar permettant d'obtenir des alcènes Z exemple : synthèse de la jasmone ICO p.269,avec d'autres conditions que nous verrons plus tard, on peut obtenir l'alcène E.(Vollhardt p.574) Encore d'autres méthodes existent pour former des C=C à partir deC=C déjà existante tout en gérant sélectivité, ex métathèse C=C donnent C=C PN 2005.Utilité des alcènes => notament polymères.

LO 9 : Les enzymes : structure et utilisation en chime organique

Niveau : L3Pré-requis : Réaction de Baeyer-Villiger, stéréochimie, amides, protection et

déprotection des amines et acides carboxyliques, forces intermoléculaires, catalyse homogène, représentation de Fischer, acides-aminés et peptides.

Biblio : Stryer/Berg, Voet-Voet, Weil, Silverman, « Chirality in industry », ICO, Actualité chimique aout-sept 2002

Introduction : Définition IUPAC : une enzyme est une macromolécule qui fonctionne en catalyseurpermettant d'accélérer les réactions biochimiques et étymologie (levain) Voet&Voetp.332 Enzymes très utiles : catalyseurs du monde vivant Stryer p.206. Nombreuses réactionscatalysées par les enzymes, réactions sélectives, réaction difficiles que le chimisten’arrive pas encore à faire. Donc intérêt dans leur utilisation en chimie organique. Poursavoir comment les utiliser besoin de savoir comment elles marchent, et pour ça on abesoin dans un premier temps de connaître leur structure.

I. Origine structurale de l'activité catalytiqueToutes les enzymes ne sont pas des protéines (ex : ARN catalytique) mais dans cetteleçon, on va s'intéresser particulièrement aux enzymes de nature protéique.

1) Structure générale d'une protéineObtention de peptides pour AA<50 et protéine pour AA>50. Rappel définition d’uneprotéine sur transparent Stryer p.34 => structure complexe donc différents niveaux dedescription Structure primaire : enchaînement des AA via les liaisons peptidiques. Stryer p.35Structure secondaire : agencement local, dans l’espace de la structure primaire. Structure en hélice (due à des liaisons H intrachaînes Weil p.32) , feuillet béta (liaisonsH entre brins béta Stryer p.43) visualisation Discovery Studio HIV si possibleStructure tertiaire : repliement en structures compactes des différentes structuressecondaires. Ex : chymotrypsine Stryer p.246 visualisation DS HIV si possibleDifférents types de liaisons : covalente avec pont dissulfure, faible VdWStructure quaternaire : agencement de plusieurs structures tertiaires. Exemple desprotéines dimériques. Stryer p.246 exemple de la chymotrypsine. visualisation DS HIVsi possible

Transition : Enzymes protéiques ont donc ces structures des protéines qu'on vient de voir+ d'autres particularités structurales dont la présence d'un site qui les distinguent desautres protéines.

2) Particularité structurale des enzymes : site actif- Définition : Région qui fixe les substrats. Formé d’aa éloignée dans la structureprimaire ou de chaines différentes.- Comment le substrat interagit-il avec l'enzyme?Substrat lié à l’enzyme par de multiples liaisons faibles comme liaisons hydrogène(schéma), électrostatiques, ou VdW. Importance de la complémentarité des formes entresubstrat et enzyme pour maximiser ces liaisons. Accueil des substrats : sélectivité. Il contient aussi les résidus qui participent directement à la formation ou au clivage desliaisons, donc à la réaction. Stryer p.214Présentation du site actif de la chymotrypsine FC (Stryer p.246 et 248) Petit volume par rapport au volume total de la protéine

- Nécessitié éventuelle de co-facteur : Nombreuses enzymes fonctionnent grâce à la présence simultanée de petites moléculesappelées cofacteurs. Stryer p207 Cofacteurs : métaux ou coenzyme (moléculesorganiques). Si coenzyme étroitement lié à l’enzyme on parle de groupes prosthétiques.Exemple de coenzyme : NAD, les vitamines B Stryer p423 structuresSe fixe aussi au site actif.

Conclusion : message à retenir : une enzyme protéique peut avoir plusieursconformations stables, dont une seule active pour son activité catalytique et que tous sesconformations sont issues d'interactions majoritairement faibles, d'où la fragilité relativedes enzymes. Les enzymes sont des macromolécules issues de briques élémentaireschirales (les acides aminés) d'où des capacités de reconnaissance chirale

Transition : Ainsi, site actif responsable des propriétés catalytiques et spécificité. Maiscomment marche ce processus catalytique?

II. Processus enzymatique : intérêt en chimie organique1) Effet catalytique

Stabilisation de l'état de transition par formation du complexe enzyme-substrat E + S =ES = P + S => provoque un abaissement de Ea.Voet&Voet p380 - Courbes d’énergie, abaissement Ea avec l’utilisation d’un catalyseur. T Différents modèles pour décrire cette intraction :-Modèle clef serrure T (Stryer). Pb : le site actif se déforme après fixation substrat =>modèle incomplet. -Modèle de l’adaptation induite T (Stryer) : l’enzyme a une forme complémentaire del’état de transition, max d’interaction lors de l’état de transition, stabilitation de l’ET =>abaissement de l’Ea => augmentation de v. Exemple valeurs Ea Weil p.61

Explique la catalyse et la spécificité.

Remarque : un bon substrat ne se lie pas forcément à son enzyme avec une forte affinitémais il le fait suite à l’activation de son ET. ODG : augmentation de la vitesse de l’ordre de 106 correspond à l’établissement deseulement 2 liaisons hydrogènes au niveau du complexe activé enzyme-substrat. Exemple de la chymotrypsine Stryer p247.

Transition : Mais quelles sont les stragégies catalytiques mises en oeuvre par lesenzymes?

2) Stratégies catalytiquesVoet&Voet p375 Différents types de mécanisme catalytique : catalyse A/B, catalysecovalente (établissement de liaisons covalente entre enzyme et substrat), ionsmétalliques, catalyse par proximité (triade catalytique). Exemple : hydrolyse d’un peptide par la chymotrypsine, catalyse A/B et covalente.Stryer p.247 + Silverman p.42Dire l’intérêt de couper des liaisons peptidiques et pourquoi la réaction doit êtrecatalysée. Détailler les premières étapes et les types de catalyse mis en jeu, expliquer laspécificité de la coupure.

Transition : en effet enzymes comme on l'a déjà dit est spécifique, et outre son intrérêtcatalytique, le chimiste veut profiter de cette spécificité.

3) Spécificité de l'enzymeChimio, régio, et stéréosélectivité : la nature n’utilise pas de groupements protecteurs !Donc le chimiste essaie de mettre à profit les spécificités des enzymes ! ça peut-être unavantage, mais ça peut-être aussi un inconvénient (peu de substrat peuvent êtrecompatible pour une enzyme donnée et une réaction donnée).

a) Spécificité pour le substratPeut être large (ex : les cytochromes P450 oxydent une large gamme de molécules), ouétroite allant même jusqu’à une distinction entre des énantiomères : par exemple lachymotrypsine ne catalyse l’hydrolyse des liaisons peptidiques que si les aa sont L(comme les aa naturels) mais pas si les aa sont D. Weil p.69Est-ce que le substrat naturel est celui d’intérêt du chimiste ? Sinon il faut que l’enzymesoit promiscuitaire et accepte le substrat naturel.

b) Spécificité pour la réactionClassification des enzymes Weil p.71Possibilité de détourner l’activité enzymatique ! Par exemple, sur la base de leurmécanisme d’action, les protéases peuvent jouer le rôle d’estérases. De même, les lipasespeuvent être utilisées en tant qu’estérases ou transestérases.

Ex : chymotrypsine (protéase) peut fonctionner comme des estérases Voet&Voet p389(car hydrolyse ester ou amide même fonctionnement), et hydrolyser des esters cette foisencore apolaire ! Ex : ICO p690 Lipase utiliséecomme esterase.

Transition :

III. Utilisation en chimie organique 1) Problématique, défis

Défis : production et purification des enzymes : coût élevé et chimie pas forcément trèsverte donc enzymes très précieuses => recyclage nécessaire.Conditions d’utilisation particulières : cf exemple précédent ICO p690. pH fixé,Température fixé, solvant ! Dénaturation des proétines en solvant orga et avec T et P.Nécessité dans certains cas de cofacteurs onéreux comme NADH ou NADPHActualité chimique 08/09, 2002. MAIS...Intérêt : réaction régio et stéréosélectives, catalyseur réutilisable à TOF élevé (à définir)

Transition : comment on va réussir à tirer partie des propriétés des enzymes et relever lesdéfis qui incombent à leur utilisation en synthèse?

2) Synthèse de l'aspartame- Aspartame : édulcorant, pouvoir sucrant, tonnage ICO, « Chirality in industry »- Synthèse en chimie organique ICO p683 Synthèse fastidieuse, bcp d'étapes :protection, activation, couplage, déprotection. avec utilisation de groupementsprotecteurs ! Mieux avec enzyme : Actualité chimique p49Réaction équilibrée, comment la rendre quantitative? Précipitation du sel, utilisationphénylalanine racémique« Chirality in industry »

3) Dédoublement enzymatiqueBut : dissymétriser une molécule, rappel : pour avoir chiralité, il faut chiralité avant caron ne crée pas de pouvoir optique, ok avec enzyme car issues de briques élémentaireschirales (les acides aminés) d'où des capacités de reconnaissance chirale.Exemple de l’ICO p.700

+ relève de défis : enzyme utilisée : extrêmophile fixée sur support solide, utilisationd'enzymes extrêmomphiles pour lutter contre dénaturation avec T et stabilisationd'enzymes sur support solide pour stabilité et recyclage de l'enzyme.

4) Réaction enzymatiques couplées : Bayer-VilligerSilverman Berg ICO Exemple de l’ICO p. 640 avec un cofacteur. Au tableau : réaction voulue, on peut penser à Baeyer Villiger mais pb destéréosélectivité => passage par une réaction enzymatique T détailler les conditions avec

recyclage de NADPH

Conclusion : Enzymes = catalyseurs du vivant, catalyseur en chimie.Intérêts multiples : rapidité, conditions douces, réactions enzymatiques parfoisimpossibles à réaliser par les techniques conventionnelles ! Mais contraintesSolutions au défis : Utilisation d’enzymes extrêmophiles. Fixation d’enzymes sursupport solide (ICO p658). Recyclage des cofacteurs onéreux par réaction enzymatiquecouplée (exemple). Modification structurale de l’enzyme : augmentation de l’activitépour le substrat d’intérêt et amélioration de la stabilité.

LO 10 : La liaison carbone-halogène

Niveau : L1Pré-requis : polarisabilité/polarité, hydrophobe/hydrophilie, liaison de VdW,

électrophilie/nucléophilie, cinétique de réaction, stéréochimie, sélectivité/spécificité

Biblio : Hprépa Tout-en-un PCSI (nouveau), T&D PCSI, Tout-en-un PCSI, ICO

Introduction : Etude de la liaison C-X. Halogène, 17e colonne du tableau périodique : F, Cl, Br, I, At.Dérivés fluorés peu réactifs et astate radioactif, on se restreint donc aux dérivés chlorés,bromés, iodés. HPDifférents usages des dérivés halogénés ICO et grand intérêt de ces dérivés commeintermédiaires de synthèse en chimie organique. On va étudier leur réactivité pourcomprendre pourquoi.

I. Présentation des dérivés halogénés1) Définition et nomenclature

Définition : R-X. Classes I, II, III. Nomenclature HP

2) Propriétés physiquesEtat physique à température ambiante, solubilité dans les solvants organique TDévolution en mettant l'accent par ligne, valeurs

3) Relation structure/réactivité des C-XEvolution électronégativité, longueur de liaison, énergie de liaison, polarisabilité avecvaleurs HP. Exploitation pour expliquer la différence de réactivité. Présenter polaritéramenée à la longueur de liaison.Echelle de réactivité. HP Différents types de ruptures, homolytiques, hétérolytiques, ici on s'intéresse uniquementaux ruptures hétérolytiques.Schéma de molécules avec réactivité montrée : E, SN HP, TD

II. Substitution nucléophileSchéma bilan. Exemple. 2 mécanismes limites possible. TD

1) SN2Exemple. Loi de vitesse. Mécanisme. Inversion de Walden, dessiner de l'état detransition. Profil réactionnel HP

Stéréochimie.Application : préparation de nitrile ICO p.354 ou exemple Tout-en-unFacteurs influençant la réaction HP

2) SN1Exemple, loi de vitesse, mécanisme avec étét de transition, profil réactionnel. HPPerte de la stéréochimie. Mettre les flèches de mécanisme.Facteurs influençant la réaction. HP

3) Compétition SN2/SN1Tableau : bilan HPNature de R, nature du nucléofuge, nature du nucléophile. TD

Application : HP exemple : + un nouveau produit... issu de la réaction d'élimination.

III. Elimination 1) Bilans et conditions

Bilan sur exemple. HP Que se passe-t-il?

2) Régiosélectivité et stéréosélectivitéRègle de Zaïtsev. Régiosélectivité. Stéréosélectivité. HP, Tout-en-un p.828Exemple ICO p.363

3) E2Mécanisme, diagramme d'énergie, loi de vitesse, stéréochimie. HPExemple ICO p.361Facteurs influençant la réaction HP

4) E1Mécanisme, diagramme d'énergie, loi de vitesse, perte de la stéréochimie HPExemple HPFacteurs influençant la réaction

Tableau récapitulatif

Conclusion : compétition E/SNtableau récapExemple HP

LO 11 : Alcools et phénols (diols exclus)

Niveau : L2Pré-requis : Dérivés carbonylés, alcènes, aromatiques, SEAr, dérivés halogénésBiblio : ICO, T&D PCSI, Vollhardt, Hprépa PCSI, T&D PC, Carey T2+ T1,

Kocienski, HP PC, Kürti, Clayden, JD

Introduction : Les alcools et les phénols sont des composés possédant un groupement hydroxyle. Cegroupement est lié à un carbone tétragonal dans le cas de l'alcool et à un cyclebenzénique dans le cas d'un phénol. Ces composés sont présents dans de nombreuxcomposés naturels. Exemples : ICO p.380Alcools comme phénols présentent un groupement hydroxyle et on va s’intéresser auxpoints communs et aux différences entre ces deux familles de composés.

I. Présentation des alcools et phénols1) Structure

TD PCSI p.559-561Définition alcool/phénol + schémaAlcool : C tétragonal. Diverses classes : ol I, ol II, ol IIIPhénol : C trigonal, dans un cycle aromatique, cycle peut être substitué.Exemple de nomenclature.Géométrie autour de O. AX2E2, VSEPR : coudé comme l'eau.

2) Propriétés physiquesLiaisons H + moment dipolaire -> miscibilté, Teb, Tfus. TD PCSI p.561Propriétés spectro ? TD PCSI

3) Synthèses attention distinguer synthèse industrielle et en labo TD● Alcool :

synthèse EtOH par enzyme (fermentation) Vollhardt p.276; hydratation des alcènes (Markovnikov) TD PCSI p.329 application industrielle : craquage pétrole (chap alcène)hydroboration des alcènes (anti-Markovnikov) TD PC p.réduction par hydrures (ex : camphre) Carey p.242

● Phénol :oxydation du cumène Vollhardt p.988 synthèse industrielle + mécanisme

Brückner

Transition : Ces deux familles possèdent une réactivité commune due au groupement hydroxyle.

II. Réactivités communes1) Propriétés acido-basiques

Liaison OH fortement polarisée -> H acide HP p.411, TD p.566● couple ROH/RO-

pka=16 pour les alcoolspka=10 pour les phénols, justification de la stabilité par mésomérie, plus faibleComment obtenir les RO-?Alcoolate : base forte (ex : NaH), réducteur (ex:Na) ICO p.385 Phénolate : idem mais aussi base plus faible (ex : NaOH)

● couple ROH2+/ROHpka=-2 pour alcoolpka=-7 pour phénol difficile à protonner car doublet délocalisé

Transition : RO- basique mais aussi nucléophile.

2) Propriétés nucléophilesR-O- est bien meilleur nucléophile que ROH TD PCSI p.568Ordre de nucléophilie. Nucléophilie comparées Carey T1 p.285

● Formation d'étheroxyde : WilliamsonBilan, mécanisme, conditions. Exemple HP p.414Compétition substitution, élimination. Vollhardt p.261Protection de fonction Kociencki p.235 (alcool) + Kocienski p.240 (phénol)

● Estérification :Bilan, mécanisme, différentes conditions (acide carbo, chlorures d'acyle) TD p.573Exemple : ICO p.697 + exemple aspirine Vollhardt p.991

Transition : Réactivité commune certes mais la présence du cycle benzénique sur lephénol et le caractère saturé du C porteur de l'hydroxyle provoque des différences decomportements.

III. Réactivité spécifique1) Différences face à l'oxydation

a) alcoolRéactifs de Jones, Collins, Sarett HP PC p.611+ ICO p.409 ExempleApplication: éthylotest ICO p.411

b) phénolPas le même genre d'oxydation. Exemple : diphénol en quinone ICO p. 392Antioxydant et révélateur argentique. ICO p.393

2) Réactivités spécifiques aux alcoolsa) Substitution sur le C tétragonal

Passage aux halogénoalcanes TD PCSI p.571 MécanismeExemple : ICO p.395 + application test Lucas TD PCSI p.573

b) déshydratationBilan et mécanisme TD p.575 Discussion E1/E2 selon la classe de l'alcool + ZaïtsevExemple : synthèse industrielle d'un mélange en parfumerie ICO p.397

3) Réactivité spécifiques des phénolsa) Substitution électrophile aromatique

Rappel règle de Hollemann avec groupement mésomère donneur.Changement par rapport au benzène, pas besoin de catalyseur pour halogénation.Mécanisme + Exemple Clayden p.554-557Application : réaction de Kolbe-Schmitt formant un intermédiaire de l'aspirine. ICO,Vollhardt, Kürti

b) Couplage oxydantBilan JD 86/87 +ICO p.392Intérêt : formation du binaphtol (Atropoisomérie)

Conclusion : Bilan de la leçon.Bien que réactivité proche, le groupement aromatique vient fortement moduler lespropriétés du phénol. Application en tant qu’intermédiaire de synthèse. Mais certains composés ont uneapplication directe. Exemples d’antioxydants : vitamine E (phénol), exemples de solvantet de produit de nettoyage/désinfectant : éthanol… Ouverture aux polyphénol et polyol ou ouverture même genre de comportement pour lesamines aliphatiques VS aromatique.

LO 12 : Notions de contrôle cinétique et de contrôlethermodynamique en chimie organique

Niveau : L2Pré-requis : Cinétique (lois de vitesse, Arrhénius, Eyring, intermédiaire réactionnel)

Chimie organique L1/L2 (Diels-Alder, dérivés carbonylés, alcènes, réactivité des organométalliques)Diagrammes d’orbitales moléculaires

Biblio : Lalande, ICO, Hprépa PC, Tout-en-un PC, Carey T2, Rabasso Hétéroélément

Introduction : La mise en contact de réactifs conduit fréquemment à plusieurs évolutions possibles, quece soit en chimie organique ou inorganique... Lalande p.85 De même, une réactionpouvant donner plusieurs produits ne conduit parfois qu’à un seul produit, ou à unproduit très majoritaire. Exemple : Diels Alder entre cyclopentadiène et anhydridemaléique ou entre furane et anhydride maléique, donner conditions exp ICO p 135Comment expliquer la formation de 2 produits (exo ou endo) selon conditionsréactionnelles. On veut trouver des modèles pour pouvoir prévoir, interpréter 2 modèleslimites : cinétique et thermodynamique.

I. Notions de contrôle cinétique et thermodynamique (15')1) Position du problème

Ne pas opposer directement les 2 contrôles, parfois ils vont dans le même sens mais cen'est pas vraiment ce qui nous intéresse, on veut compétition pour pouvoir choisir.D = A+B = C. Hypothèses : C plus stable, D se forme plus vite, températures constantes,actes élémentaires .HP p.518Allure du diagramme d’enthalpie libre sur transparents HP p.518

Transition : on veut trouver qui de C ou D se forme le plus vite selon les conditionsréactionnelles.

2) Etude cinétique● Temps court : équilibre non atteint HP p.519

Ecrire vitesse de réaction, , intégration, utilisation de Δr≠G°, D produit cinétique qui seforme le plus vite -> contrôle cinétique

● Temps long : équilibres atteints HP p.519Loi d'action des masses, utilisation de ΔrG°, C produit thermo -> contrôle thermo

● Profil de réaction Evolution des concentration en fonction de temps : graphe temps long, temps court surtransparent Lalande p.86 ou utilisation logiciel cinéwin avec données HP p.520Vérifier cohérence avec ce qu'on a dit avant, si K1/K2=2, C/D=2Bilan contrôle thermo/cinétique sur transparent : HP p.520

Transition : le temps est un paramètre influençant la réaction mais ce n'est pas le seul.

3) Paramètres influençant le contrôle– Temps– Température : graphe Tout-en-un p.461, profil avec différentes températures. Ou

utiliser le logiciel CINEWIN pour pouvoir avoir des données exp, multiplier lesconstantes de vitesses (la plus difficile par 3, la plus facile par 2, car quand onaugmente la température les plus difficiles sont favorisées, rappeler loi d'Arrhénius)et remarquer que ça se translate vers la gauche.Noter zone cinétique, thermo et de transition

On ne peut pas décorréler temps et T, on a juste produit thermo plus rapidement.Retour sur l'exemple du début et l'expliquer avec contrôle thermo et cinétique. ICOp.136-137

II. Sélectivité en fonction du type de contrôle (20')Addition de HBr sur le butadièneSur tansparents, donner l'équation bilan (Attention, ne pas oublier 3e produitminoritaire, mais ne pas en parler tout de suite). Profil énergétique, tableau étude enfonction de T et t, comparer ce qui est comparable, T même, t change et inverse.Lalande p.113, Tout-en-un p.460Mécanisme, même carbocation avec différentes formes mésomères.

1) Contrôle thermodynamiqueRapport des cstes d’équilibre détermine la proportion des produits. Calcul du ΔrGe* à313 K Lalande p.113. Prévision en regardant la stabilité de la molécule finale. On peutdéplacer l’équilibre mais pas changer la sélectivité.

Exemple : cyclisation des sucres ICO p.558, anomères α et β.Transition : Si on veut contrôler et favoriser la formation du produit désiré (pasforcément le plus stable) -> contrôle cinétique

2) Contrôle cinétiquea) Postulat de Hammond

Enoncé Lalande p.90 -> Etat de transition précoce ou tardif. Utilisation de ce postulatpour prévoir structures des IR. Travailler avec graphe en Ep.

b)Etat de transition tardifProfil énergétique Lalande p.91 + explication exemple formation du carbocation étapecinétiquement déterminante... Carbocation IIIaire plus stable -> formation majoritaire.

c) Etat de transition précoceProfil énergétique Lalande p.91 + explication exemple addition radicalaire de HBr .Raisonnement sur l'état initial.Contrôle cinétique, état de transition précoce, hypothèse de non-croisement.

● Equation de Klopman-Salem Donner version : ΔE=ΔEstérique + ΔEcharge + ΔEorbitalaire mais savoir d'où ça vientICO p.145

● Contrôle stérique souvent supérieur aux 2 autres. Exemple: réduction du camphre ICO p.583Explication avec modèle moléculaire, proportion, vérif contrôle stérique, changement deMe en H, inversion de sélectivité, réducteur plus encombré renforce la sélectivité.

● Contrôle de charge interaction coulombienne. Exemple hydroboration : contrôle stérique modulé parcontrôle de charge. ICO p.216 calcul des charges sur Hulis Donner électronégativité deB et H , charges partielles ICO p.5Exemple avec organométallique : attaque organolithien sur acroléine en 1,2 : contrôle decharge calcul des charge sur Hulis, organocuprate, attaque en 1,4 ne peut pas s'expliqueravec charge HP p.640Rappeler HSAB : dur-dur : contrôle de charge, mou-mou : contrôle orbitalaire.

● Contrôle orbitalaire exemple organocuprate, calcul des OF sur Hulis, hypothèse de Fukui. HP p.640Retour sur exemple du début, explication avec OF et interactions secondairesstabilisantes, Diels-Alder ICO p.240 endo majoritaire en condition cinétique

III. Stratégie de synthèse (15')1) Régiosélectivité

Formation d'un énolate -> 2 régioisomères différents. Conditions réactionnellesdifférentes pour obtenir l'un ou l'autre. Contrôle cinétique, contrôle thermo. Carey p.6Exemple Carey p.8

Transition : sélectivité d'un régioisomère mais aussi de stéréoisomères

2) StéréosélectivitéRéaction de Wittig (mécanisme sur transparent) : produit (Z) majoritaire. Rabasso p.36Un produit, produit cinétique, l'autre thermo. Pour obtenir l’alcène (E), modification de

Schlosser (mécanisme sur transparent). En changeant les conditions réactionnelles, onchange le produit majoritaire. Rabasso p.41

Conclusion : Etude stabilité produits et approche réactifs : quel produit est maj ? Ctrlthermo subi, ctrl cin peut être influencé. Modèles d’approche ont un rôle prépondérant,surtout en synthèse asymétrique.

LO 13 : Le bore en chimie organique

Niveau : L3Pré-requis : Alcènes (hydroboration), dérivés carbonylés, amines, stéréochimie,

oxydation, réduction, angle de Bürgi-Dunitz,Biblio : Emsley (The Element), T&D PC, Rabasso (Hétéroéléments), ICO,

Brückner, Kürti, Clayden, Carey T2, Hprépa PC

Introduction : Bore découvert en 1808, développement de sa chimie dans les années 1950. Prix NobelBrown/Wittg en 1979 -> intérêt pour la chimie des hétéroéléments. ICO p.216Maintenant chimie du bore très répandue, permet de nombreuses réactions,intermédiaires de synthèses. Nous allons essayer de comprendre sa réactivité pourcomprendre son intérêt en chimie organique. Rabasso p.134

I. Le bore et ses composés1) L'élément bore

Position dans la classif, symbole, Z, configuration élec, formule de Lewis, lacune (2pzvide), électronégativité Pauling à comparer avec celles de C, O, H, électropositif.Emsley (boron)

2) Les composés du borea) Le borane

Vous l'avez déjà rencontré! Rappel : formule avec lacune, VSEPR, AX3

dimérisation,

stabilisation avec le solvant (liaison dative) TD p.363

b) Autres composésNomenclature sur transparents. Remarques certains sont tétravalents, VSEPR AX4 ex :NaBH4 que vous avez déjà rencontré. Rabasso p.134

Transition : Composés trivalent et tétravalent, permettent d'expliquer la réactivité dubore

3) Réactivité2 géométries possibles trigonal plan avec lacune ou tétraédrique avec charge négative Trigonal plan : électrophile, acide de LewisTétragonal : liaision B-R avec charges partielles : nucléophile (B-H : hydrure par exemple)

Transition : la réactivité du bore repose sur le passage incessant entre ces formestrigonales planes où le bore possède une lacune (ex. boranes), et les formes où le bore estentouré de quatre substituants avec une géométrie tétraédrique (ex. borates.) ce qu'on vavoir tout de suite.

II.Obtention et réactivité des organoboranes1) Hydroboration

Rappel sur transparents : bilan HP p.541Régiosélectivité : on avait vu encombrement stérique. Exemples ICO p.216,Mais aussi modulée par effets électroniques.Exemple ICO p.216 : différence de sélectivité entre un alkylborane et styrène, calculs decharges sur Hulis. Stéréosélectivité : syn-addition, addition concertéeStéréospécificité : sur alcène Z ou E -> on obtient un autre diastéréoisomère. Exemple àinventer.Mécanisme pour monoalkylation et possibilté d'aller jusqu'à trialkylation. Influence del'encombrement de l'alcène sur nombre d'alkylation.Quelques alkylboranes particuliers : mono ou di : disiamylborane, thexylborane, 9-BBNICO p.217 + chiralité introduite avec α-pinène : diisipinocamphényborane ICO p.216Hydroboration assymétrique en utilisant celui dont on vient de parler. Introduction d'uncentre stéréogène permet un transfert de chiralité Rabasso p.144

Transition : ok on a les organoborane et mnt? Comment réagissent-ils?

2) Formation de liaison C-O et C-Na) Formation d'alcool

On a déjà vu, obtention alcool avec règle anti-Markovnikov. On avait vu hydrolyse parH2O2+NaOH, Mécanisme avec rétention de configuration. HP p.543 noter passage trivalent,tétravalent.

Stéréosélectivité : Peut être induite par le substrat. Exemple : Kürti p.67Ou avec des alkyboranes chiraux. Hydroboration énantiosélective d'alcènes. Exemple :ICO p.219

b) Formation d'aminesMême principe que formation de C-O. Réactif utilisé, mécanisme sur transparent.Clayden p.1283. Exemple Carey p.206

3) Formation de liaisons C-CAddition des allylboranes. Permet l'introduction d'une chaîne allyle sur un carbone.Bilan.

Allyboration racémique. Différence avec alcène Z ou E. Mécanisme à six centres autableau avec état de transition.Allyboration énantiosélective avec état de transition sur transparents + Exemple.Rabasso p.158

Transition : Va-et-vient entre forme tétra et tri du bore. De plus changement de géométrieimplique changement de réactivité.

III. Réduction par les composés du bore1) Par les hydrures de bore

Composés du bore nucéophiles, donneurs d'hydrures.NaBH4.

T: Rappel mécanisme à 6 centres avec solvant sur transparent. Sélectivité préférentielleal>one>énone. HP p.617Chimiosélectivité– Orienter en ajoutant des réactifs. Conditions de Luche : CeCl3, Brückner p.275

explicationExemple : Kürti p.269– Orienter en changeant de composés borés. Clayden p.622

NaCNBH3 : sélectif des imines, CN électroattractifLiBH4 : Li+, plus petit, plus dur, active plus le carbonyle

StéréosélectivitéExemple camphre : ICO p.144 modèle moléculaire, attaque angle de Bügi Dunitz.Utilisation du L-sélectride, encombrement stérique

Transition : C'était des comportements de réducteurs nucléophiles mais il existe aussi desréducteurs électrophiles

2) Par le boraneDifférence, ce n'est pas un ion et il est acide de Lewis. Réactivité différente, réduit acidecarboxylique. Explication Clayden p.619Exemple comparatif : BH3/LiBH4 Clayden p.620

Conclusion : Bilan de la leçon.Grande gamme de réactivité, liste non-exhaustive. Ex : couplage de Suzuki Kürti p.448. Fragment clé d’un antitumoral. Kürti p. 448 En effet, grand intérêt des composésborés : non-toxicité, peut être utilisé dans la synthèse de médicaments. Rabasso p.134

LO 14 : Réactions radicalaires

Niveau : L3Pré-requis : Contrôle cinétique/thermodynamique, orbitales moléculaires, chimie

organique L1/L2Biblio : Fossey, Clayden, Brückner, ICO, JD (exp), Barsu

Introduction : Fossey p.21Les processus radicalaires interviennent dans de nombreux domaines de la chimie :combustion, autooxydation, atmosphère... La chimie radicalaire est un outil précieuxpour le chimiste organicien, pour construction de molécules complexes.Phistorique : premier radical : triphénylméthyle. 1ères synthèses par voie radicalaires.Dans cette leçon, on va étudier plus précisément certaines réactions radicalaires maispour bien les comprendre, on va tout d'abord s'intéresser aux radicaux en eux-même.

I. Les radicaux1) Présentation et formation

Définition radical : atome ou molécule qui possède un électron célibataire. Claydenp.1022. Radical AR3 : structure place au pyramidale, AR2 : structure linéaire ou coudée.Fossey p.39. Attention VSEPR pas applicable ici!

Formation :● A partir de molécules non radicalaires :

Par homolyse de liaison faibles, activation photochimique ou hautes températures,exemples et donner valeurs d'énergies de liaison Clayden p.1020 attention enthalpie dedissociation à noter ΔrH°.

● A partir d'autres radicaux : Par substitution radicalaire, addition radicalaire, réduction radicalaire, éliminationradicalaire + exemples pour chacun Clayden p.1023

La plupart des radicaux sont très réactifs (comme on le verra par la suite) mais il existedes radicaux persistants. Exemples Clayden p.1024.Transition : Mais pourquoi sont-ils stables?

2) Stabilité● Thermodynamique

Valeurs d'enthalpie de dissociation pour radicaux alkyle, benzyle et allyle. Claydenp.1026 Explication de cette stabilité avec, IIIaire plus stable que Iiaire, plus stable queIaire (hyperconjugaison), délocalisation électronique (+exemple), Fossey p.54 effet desubstituants électroattracteur ou électrodonneur (exemples+diagramme) Clayden

p.1027 ● Cinétique

Facteurs stériques Fossey p.56, retour sur le transparent des radicaux inertes.

Transition : Cela explique la stabilité des radicaux qui peuvent avoir ainsi un temps devie plus long mais ce qui va surtout nous intéresser c'est leur réactivité.

3) RéactivitéRadicaux peuvent avoir un caractère électrophile ou nucléophile. Fossey p.73SO réagit avec HO et BV d'un autre réactif, différents comportements si SO de faible oude haute énergie Clayden p.1045

Transition : Nous allons tout de suite nous servir de cette réactivité pour l'interconversionde fonction.

II. Interconversion de fonctions1) Fonctionnalisation : halogénation en position allylique

Sur tansparents, rappel halogénation radicalaire (amorçage, propagation, terminaison,effet Karash) Clayden p.1035 Exemple : bromation du cyclohéxène : 2 produits, on n'enveut qu'un!On obtient le produit désiré avec l'halogène en position allylique en utilisant NBS.Clayden p.1038 Mécanisme, NBS permet faible concentration en Br2, contrôle régio etchimio sélectivité de la réaction.

Transition : On peut introduire des halogènes mais on peut aussi les enlever! ;-)

2) Défonctionnalisation ● Réduction des halogéno-alcanes

Exemple Clayden p.1041 Justification de l'utilisation de AIBN : préciser énergies deliaisons pour justifier celles qu'on casse! Mécanisme sur transparent.

● Réaction de Barton McCombieExemple sur cholestérol Brückner p.34 Mécanisme tableau

Transition : Avec ces défonctionnalisations, on a vu des réductions de carbones, mais onpeut également les oxyder.

3) Oxydation des alcanesAuto-oxydation du cumène Brückner p.31 Bilan + mécanisme sur transparent.Application industrielle, par réarrangement, on obtient acétone et phénol.

Transition : Un autre grand intérêt des réactions radicalaires, défi des chimistes orga :création de liaisons C-C. Notament en industrie : polymérisations

III. Création de liaison C-C 1) Polymérisation du styrène

Polymérisation industrielle atactique. Mécanisme JD 41 + blabla ICO p.222

Transition : Création aussi de liaison C-C en labo.

2) Addition d'un halogénoalcane sur un alcèneBilan, mécanisme. Justifier régiosélectivité avec stabilité des radicaux, donner valeursd'énergie de liaisons. Sélectivité. Exemple Clayden p.1042-1045 + Barsu 2006

Transition : Nous n'avons vu jusque là que les réactions radicales, + molécules à spinappariées, on peut aussi créer des liaisons C-C par combinaisons de radicaux.

3) Réactions de couplage (si le temps)● Couplage pinacolique

Bilan et mécanisme Clayden p.1030Exemple :

● Réaction acyloïneBilan et mécanisme Clayden p.1032Application à la formation de petits cycles + exemple

Conclusion : BilanRadicaux présents dans l'oganismes, enzymes qui détruisent les radicaux pour maintenirintégrité de la cellule. Ex : cytochrome, vitamine C Fossey p.201

LO 15 : Réactions faisant intervenir des carbanions

Niveau : L2Pré-requis : Contrôle cinétique/thermodynamique, régiosélectivité/stéréosélectivité,

acide/base, théorie HSAB, théorie de Hückel et OF.Biblio : ICO, Hprépa PC, Vollhardt, Rabasso T1&2, Carey T2, Brückner,

Tec&Doc, Lalande

Introduction : Définition carbanion : espèce anionique dont la charge est portée par un atome decarbone. Historiquement, premier carbanion isolé : sels de Meisenheimer ICO p.154Associés à un cation, le plus souvent métallique mais rarement sels : souvent transfert decharge du carbanion vers le cation associé pour le stabiliser => liaison covalente oufaiblement ionique. 2 cas de carbanions : organométalliques, composés issus dedéprotonnation.Carbanions interviennent dans la synthèse de liaison C-C et C=C. On va s'intéresser àtrois grandes classes de carbanions et à leur réactivité.

I. Les organométalliquesLiaison C-M polarisée, trois espèces : R-Li, R-Mg-X, R2-Cu-Li

1) SynthèseBilan et conditions. HP p.639Exemples : addition oxydante : RMgX ICO p.368, échange halogène-métal : RLi ICOp.518, R2CuLi Vollhardt p.793

2) Réactivitéa) Basicité

Bases très fortes pKa > 50. Exemple : synthèse LDA ICO p.509 donner les pka desdifférentes espèces impliquées Rabasso T1(Intérêt LDA, base encombrée non nucléophile : exemple Brückner p.131)

b) Nucléophilie● SN : - sur un dérivé halogéné : SN2 ICO p.536

- sur un époxyde : attaque sur le C le moins encombré ICO p.541● AN : - sur des carbonyles Vollhardt p.298

- sur des α-énones : résultats exp TD p.513Explication : pourcentage ionique des liaisons HP matériaux, contrôle decharge/orbitalaire TD p.513 + calculs Hulis sur acroléine

Mécanisme addition 1,2 avec RLi et addition 1,4 avec R2CuLi. TD

Transition : Dans le mécanisme de l'addition 1,4 on voit apparaître un autre carbanion :énolate (écriture formes mésomères)

II. Les énolates1) Formation

Enolates cinétiques/thermodynamiques. Pka + bases utilisées pour les former. Facteursinfluençant l'un ou l'autres sur forme de tableau + exemple Carey T2 p.8 + HP p.629

2) Réactivité2 sites de réactivité O et C. Ici on ne va s'intéresser qu'à la C-alkylation. Réactionparticulière : condensation aldolique.

● Condensation aldolique : Bilan + mécanisme Carey T2 p.55 + HP p.631

● Condensation aldolique croisée : Problématique de l'aldolisation croisée : 4 produits possibles. HP p.633 + LalandeSolutions : excès base forte (formation complète énolate) et ajout goutte à goutte ducarbonyle; utilisation d'éther d'énol silylés ou aza-énolates Clayden p.700

Transition : On a vu des carbanions stabilisés par mésomérie, peuvent aussi êtrestabilisés par la présence d'hétéroatomes en α.

III. Carbanions en α d'hétéroatome 1) Ylure de phosphore

Synthèse : Vollhardt p.748 Structure.Réaction de Wittig : stéréosélectivité : ylures stabilisés (E), non stabilisés (Z)Mécanisme, passage par oxaphosphétane mais pas connu parfaitement.Application : synthèse du bombykol Clayden p.818+ Rabasso T2 + synthèse de lavitamine A1 Vollhardt p.750

2) Ylure de soufreSynthèse : - ylure de sulfonium Clayden p.1259

- ylure de sulfoxonium Brückner p.308 + Clayden p.1265Réactivité comparée avec le phosphore Clayden p.1259Réactivité comparée sulfonium/sulfoxonium Brückner p.312Application à la synthèse d'un β-bloquant Clayden p.1259

Conclusion : Schéma récapitulatif ICO p.155Polymérisation anionique polycyanoacrylate de méthyl/polystyrène ICO p.225

LO 16 : Réactions d'élimination en chimie organique

Niveau : L2Pré-requis : Dérivés halogénés (SN2/SN1), Biblio : Hprépa Tout-en-un PCSI (neuf), Carey T1, Clayden, ICO,

Rabasso (1er cycle), Vollhardt, Kocienski, Brückner

Introduction : Définition élimination. Brückner p.117T : Différents types d'élimination : si groupes partants sur même C : α (vers carbène), sisur deux C voisins β (alcène), si sur deux C séparés par un C : γ (diradical,cyclopropane). On se restreint à la β-élimination, voir d'accès aux doubles liaisons C=C.Carey p.368 + Brückner p.117

I. Position du problème1) Faits expérimentaux

On remarque que lors de réactions d'éliminations se posent de nombreux problèmes derégiosélectivités et stéréosélectivités.Exemples : Brückner p.133, régiosélectivité différente => on remarque que la base change entre lesdeux. ICO p.362, régiosélectivité différente => on remarque que le nucléofuge change entreles deux… + plus d'autres présentés à la fil.

2) Deux règles importantesPb : Régiosélectivité : règle de Zaïtsev/ Hofmann ICO p.363 + HPrépa p.369Stéréosélectivité : alcène Z ou E

Ces exemples montrent que différents paramètres interviennent pour orienter lesréactions (nucléofuge/base/solvant/groupe stabilisant)

Transition : la compréhension des mécanismes limites de la β-élimination vont permettrede comprendre et résoudre ces problèmes de sélectivité.Il y a trois types de possibilité pour réaliser l'élimination : T : - soit on enlève le nucléofuge en premier puis H

- soit on enlève nucléofuge et H en même temps– soit on élimine d'abord H puis nucléofuge

–

II. Présentation des 3 mécanismes limites1) Elimination bimoléculaire : E2

* Observation : Exemple HP p.370Cinétique globale d'ordre 2 (parallèle avec SN2), stéréochimie déterminée, HPConformation : Exemple du cyclohexane substitué suivant que H en anti ou pas, réactionrapide ou lente, donc attaque antipériplanaire. Vollhardt p.259 * Description du mécanisme E2, le faire en partant du (R,S), du (R,R) => on retrouvebien les observations expérimentales.* Elimination sur le 2-bromo-3-méthylpentane HP p.371(R,S) -> Z maj et (R,R) -> E maj.* Conséquence du mécanisme : réaction stéréospécifique, régiosélectivité de typeZaïtsev. ICO p.362 + Carey T1 p.375(* Tracé du profil réactionnel.)

Transition : Ici H et nucléofuge partent en même temps et si nucléofuge part en premier?

2) Elimination monomoléculaire : E1* Observation : Exemple HP p.374Cinétique globale d'ordre 1 (parallèle avec SN1), absence de stéréochimie. * Description du mécanisme E1 => stabilisation du carbocation favorise sa formation.* Conséquence du mécanisme : régiosélectivité Zaïtsev, stéréosélectivité : alcène E seforme le plus vite (et c'est aussi le plus stable) Clayden p.488-490 + ICO p.362 +Carey T1 p.375(* Tracé du profil réactionnel)

Transition : Enfin, il faut envisager le cas où H part en premier.

3) Elimination monomoléculaire E1cb* Bilan Clayden p.495Contrairement à E1, on ne forme pas cation mais anion -> mécanisme à proximité de groupement carbonyle, carbanion stabilisé par mésomérie. Clayden p.495Exemple : crotonisation. Mécanisme, étape cinétiquement déterminante.Régiosélectivité : Hofmann si contrôle cinétique ICO p.362, Carey T1 p.376Application déprotection du Fmoc. Mécanisme sur transparents. Clayden p.496+Kocienski p.485 + Brückner p.146

Bilan partiel sous forme de tableau

Mécanismes E1 E2 E1cb

Groupe partant bon bon mauvais

Substituant Stab C+ - Stab C-

Régio Zaïtsev Zaïtsev Hoffman

Acidité du H faible faible forte

Transition :Rappel, il sagit de mécanismes limites, la réalité se trouve souvent entre cesmécanismes. On a vu qu'on obtenait plusieurs produits selon le mécanisme. Commentfavoriser l'un de ces mécanismes?

I I I. Sélectivité et orientation des réactions d'élimination 1) Modèle de l'état de transition variable

Carey T2

Transition : Retour sur les exemples donnés au début pour les expliquer.

2) Influence de la baseUne élimination E2 prend un caractère E1cb avec les bases encombrées. Exemple +explication Brückner p.133ICO p.363 + Carey T1 p.376

Transition : mais en utilisant une seule et même base eet changeant le partant, on peutaussi changer la sélectivité.

2) Influence du nucléofuge* Les sels de triméthylammonium peuvent favoriser une E1cb car leurs effets inductifsexhaltent l'acidité des protons en β. Cet effet est décisif. Exemple + explicationBrückner p.133 + Carey T1 p.377* Retour sur l'exemple du début ICO p.362 + Carey T2 p.378Bons groupements partants favorisent une E1?

Si le temps : Application en chimie organique : Pour obtenir l'alcène souhaité, on faitattention aux conditions utilisées et on modifie le nucléofuge. Rabasso p.304-305 Illustration avec modèle moléculaire

Transition : on peut regarder aussi l'influence du substituant.

3) Influence du substituant* E1/E2 : substituants stabilisant un carbocation favorise le caractère E1.* E1cb : régiosélectivté dépend des substituants qui induisent l'acidité du H en α.Exenple de la crotonisation.

4) Influence du solvantDaumarie concours p.165Sélection E2/E1 selon le solvant utilisé.

E2 ->(Z) / E1 ->(E)

Conclusion : Bilan.Les réactions de β-éliminations sont des méthodes historiques d'accès aux C=C.Attention à la compétition avec les SN. Autre jeu sur les conditions avec oléfination dePeterson. Aujourd'hui à cause du nombre important de sous-produits pour créer desliaisons C=C on leur préfèrera d'autres réactions que nous verrons plus tard.

LO 17 : Oxydation en chimie organique

Niveau : L3Pré-requis : réactivité de base des alcènes, alcools, époxydation par le mCPBA,

oxydo-réduction en chimie organique.Biblio : OCP 6 (oxydation), ICO, Carey T2, Rabasso (Hétéroélément)

Introduction : Définition du DO en chimie inorganique.Application à l’éthanol et à l’iso-propanol sur transparent. Le carbone fonctionnel n’apas le même DO. C’est problématique car en orga on aime bien classer les molécules parleur réactivité (ce sont 2 alcools !). On introduit la notion de classe d’oxydation. Transparent : les classes d’oxydation avec des exemples. OCP p.2. Oxydation : passaged'une classe à l'autre.Il y a plusieurs enjeux avec les réactions d'oxydations : réussir à gérer chimio, régio,stéréo, énantio-sélectivité. Pour cela de nombreuses réactions ont été proposées. On vaen voir quelques unes.

I. Oxydations des doub l es liaisons C=C 1) Epoxydation

- chimiosélectivité : Rappel : mCPBA réagit sur les C=C enrichies en électrons. Bilan surtransparent. Exemple avec régiosélectivité. Carey p.632 Et qu’en est-il des C=Cappauvries en électrons ? Ex d’une énone. C’est un électrophile. On fait réagir l’eau oxygénée en milieu basique(= nucléophile). Mécanisme au tableau. Exemples : Carey p 632 (eau oxygénée). ICO p 204 (mCPBA avec chimiosélectivité) - stéréosélectivité : Epoxydation sur alcènes Z ou E : on obtient l’époxyde cis et trans ->diastéréospécificité. Si on dissymétrise le substrat ou le réactif, on peut être énantiosélectif. Exemple : époxydation de Sharpless, alcools allyliques peuvent être époxydésstéréosélectivement. Clayden Exemple. OCP p.16

2) Dihydroxylation- antihydroxylation : Rappel par ouverture des époxydes. Exemple : Carey p.636Rappel: régiosélectivité.- synhydroxylation : *KMnO4 DO=VII très bon oxydant … trop bon oxydant. T : couples de Mn à prendre en compte en conditions acides VS basiques. E°’. ICO

p208. On utilise donc KMnO4 en conditions basiques, sous forme diluée, à basse température. * OsO4 DO=VIII très bon oxydant. T : étapes-clefs du mécanisme (quoique mal connu). Addition quantitative de OsO4 surdouble C=C (sélectivité !!) A priori, il faut OsO4 en quantité stoechiométrique. Grâce à un co-oxydant, on peutl’utiliser en condition cata. T : équation bilan de la ré-oxydation de OsO4 par NMO. Ex ICO p211 + OCP p.21

Transition : On a obtenu des alcools, mais on peut pousser l'oxydation encore plus loin.

II. Oxydation des alcools1) par les dérivés chromés

Utilisation de Cr(VI) soit sous forme d’anhydride chromique, soit sous forme d’aniondichromate. Equilibre entre les deux. Carey p.615* Réactif de Jones : CrO3 dans l’eau. Il s’hydrate en CrO4H2 = CrO4H- + H+.T : bilan de la formation de l’ester chromate. Mécanisme d’abstraction du proton.Formation d’une C=O. Equilibre avec gem-diol. Formation d’un nouvel ester chromate.Obtention de l’acide carboxylique pour les alcools primaires. Exemple ICO p.409Ex des éthylotests. ICO p.411Comment avoir l’aldéhyde ? Ne pas travailler dans l’eau. Présentation des réactifs deSarett, Collins, PCC, PDC. Rabasso p.188 + OCP p.26T : ICO p 409 ex 8 (malgré la légère acidité de PCC, l’acétal est maintenu !).Pb : dérivés chromés dangereux.

Transition : autres façons de s'arrêter à l'aldéhyde.

2) par des molécules organiques*Swern. Bilan et exemple ICO p 413 + Carey p.622Explication des étapes en faisant le mécanisme au tableau. *Dess-Martin. Mécanisme sur transparent. Exemple OCP p.27T : exemple comparant Swern et Dess-Martin Rabasso p.190

Transition : Et quand on a la cétone ou l'aldéhyde, on peut encore aller plus loin.

III. Clivages oxydants 1) Réaction de Bayer-Villiger

T : ex ICO p 639 + mécanisme.Explication, OCP p.40 migration du groupement le plus riche en électrons +Groupement en position anti-périplanaire. Rabasso p.210On est donc capable d’oxyder les alcools IIaires au-delà des cétones !

2) OzonolyseT : ex ICO p215 + mécanisme. Rappel des différentes conditions et traitement. OCPp.37

3) Clivage des diols (si le temps)Exemple OCP p.39 Mécanisme avec degré d'oxydation de I.

Conclusion : Bilan + Bcp d'autres réactions qu'on a pas vu mais super intéressantes aussi. ProcédéWacker...Contrairement à la chimie inorganique, on cherche à être très sélectif (la condition surles E° n’est pas suffisante.)Intérêt actuel autour de l’oxydation des liaisons C-H sur C non fonctionnalisé. Casfaciles (allyliques et benzyliques, ex. toluène, acide benzoïque au permanganate). Casdifficiles : la nature le fait mieux que nous (cytochromes P450 et détoxification),industrie : pétrochimie et valorisation des hydrocarbures, chimie fine : sélectivité = grosdéfi en recherche

LO 18 : Les diènes (allènes exclus)

Niveau : L2Pré-requis : alcènes, réactivité des alcènes (AE, époxydation, hydroboration),

conjugaison, Hückel, théorème des OFBiblio : ICO, JD, Clayden, Vollhardt, Lalande,Weissermel, Carey T2, NTA,

Hprépa PC, OCP 67 (pericyclic)

Introduction : ICO p235 Leçon précédente sur les alcènes mais il existe de nombreuses moléculesavec de nombreuses liaisons C=C. Exemple : isoprène, limonène, caoutchouc naturel.Ici on va se restreindre aux diènes : définition. Application : précurseurs de nombreuses macromolécule (butadiène 6 Mt/an). Pourquoi ? Différence avec les alcènes ? Pour répondre à cela, on va devoir étudier plus précisément les propriétés des diènes etcomprendre ce qui les différencie des alcènes. On fera entre autre la distinction entrediène non conjugué (exemple) et conjugué (exemple).

I. Propriétés générales des diènes (15')1)Etudes spectroscopiques

ICO p233 Diènes non conjugués comme les alcènes. Diènes conjuguées, on l’a vu, diminution de l’écart HO-BV. Donc énergie de latransition π vers π* diminue. *En UV : effet bathochrome (170-185 à 220), (effet hyperchrome (ε augmente, du àl’accroissement de la section efficace de capture du rayonnement avec la taille desmolécules) *En IR, l’indice de liaison diminue à cause de la conjugaison donc le nombre d’onde dela C=C diminue. Calcul indice de liaison par Huckel. νC=C diminue. *En RMN : même chose que pour les alcènes.

2) Etude orbitalaire*Diènes à 2 C=C non conjuguées : même chose que pour les alcènes. Rappel forme eténergie de HO et BV. *Diènes à 2 C=C conjuguées : Stabilité thermodynamique : Info apporté par l’enthalpie d’hydrogénation des diènes =>+ stables car énergie de résonnance. Comment on peut retrouver ça avec les orbitales ?Forme et énergie de HO et BV. Calcul de l’énergie de résonnance du butadiène par

rapport au but-1-ène. Ecart HO-BV diminue avec la conjugaison.

3) Réactivité ICO* Base de Lewis, addition électrophile, chélation avec métaux. * Liaison π plus faible, donc rupture facile et plus réactifs. * HO plus haute (bathochrome), donc plus réactif vis-à-vis des attaques électrophiles. * BV plus basse -> plus sensible aux attaques nucléophiles (polymérisation) sur orbitalesHO, * Remarque : on a dit plus stable et plus réactif. Contradictoire ? Non. Plus stable thermodynamiquement, mais moins stable cinétiquement, plus réactifs. Mais attention, se posera des problèmes de régiosélectivité !

Transition : Quand les diènes sont non conjugués, on pourrait penser que rien ne lesdistinguent des autres alcènes.

II. Réactivité des diènes non conjugués (15')Ca peut poser des problème de régiosélectivité.

1) Deux liaisons C=C en compétition a) Influence de la gêne stérique

ICO p218 Exemple sur l’hydroboration. Rappel sur T du mécanisme. Et noter grande étapes aux tableau : synthèse d’unorganoborane (syn-addition) et oxydation de l’alkylborane.

b) Influence de la richesse en électron * C=C riche en électron : alcène riche en électron réagit comme nucléophile avec mCPBA ICO p204 * C=C appauvrie en électron, cas des alpha-ènones : alcène réagit en tant qu’électrophileavec H2O2 (Carey T2 p.632, les oxydations) http://www.hulis.free.fr/. ICO (voir JD 21 et JD 22)

Transition : Mais au delà de ces problèmes de régiosélectivité, avoir deux C=C permet une réactivité particulière intéressante.

2) Réactivité spécifique d’un diène non conjugué ICO p.255, Clayden p.949, OCP p253-254 Transposition sigmatropique : Transposition de Claisen et de Cope Notion de transposition sigmatropique. Bilan. Mécanisme (sans justification orbitalaire) Stéréosélectivité : ET chaise. Application : synthèse du beta-sinensal (suite d’une Claisen et d’une Cope)

Transition : Deux doubles liaisons sur une même molécule apporte donc une réactivitéintéressante et cette réactivité est encore plus riche quand les diènes sont conjugués.

III. Réactivité des diènes conjugués (20')1) Addition électrophile

ICO p237 Vollhardt p617 et Lalande. *On va voir un exemple d’addition électrophile, addition de HX Rappel : addition de HX sur alcène donne un seul produit avec régio Markovnikov. TICO p.192 ex 2 Addition de HX sur diènes donne différents produits selon la manière dont est conduitel’hydrohalogénation. Produits d’addition 1,2 et 1,4. Bilan et mécanisme. Analyse du produit thermo et cinétique. Sous contrôle cinétique : addition 1,2 car formemésomère du carbocation la plus représentative et charge + la plus grande et proximitéspatiale. Sous contrôle thermo, addition 1,4 car plus stable ! Faire profil Ep en fonction de CR. *Si le temps, addition de Br2 Vollhart Addition de Br2 : mélange de produits Test des alcènes, coloration de l’eau de brome. *Récapitulatif du Vollhardt

2) Réaction de Diels-Alder Lalande ICO (Clayden et NTA) a) Présentation Lalande et ICO pour exemples.

Bilan sur butadiène + éthène Lalande. Définition ; cycloaddition 2+4. Définition diène et diénophile. Configuration cis pour lediène!Etude de la réaction simple butadiène et éthène. Réaction concertée, asynchrone => mécanisme Suprasupra : exemple de résultats. Diastéréospécificité. Exemple ICO Diagramme d’OM : interaction HO-BV au tableau. En fait écart trop grand HO-BV entrebutadiène et éthène donc rendement mauvais. (car réaction sous contrôle cinétique! souscontrôle thermo on obtient produit exo) Effet de substituant : règle d’Alder, exemple et diagramme T.

Transition : exemple 8 p.240 ICO avec problème de régiosélectivité.

b) Régiosélectivité http://www.hulis.free.fr/ Réaction régiosélective. Fukui : OF et + gros coefficient envaleur absolue, règle du recouvrement max. (gouvernée par recouvrement orbitalaire)Donner la régiosélectivité selon la position du gpmt donneur sur le diène : ex 7 et 8 del’ICO p.240.

Transition : exemple ICO avec problème de stéréosélectivité.

c) Stéréosélectivité ICO (Clayden, NTA) On reprend l’exemple de la dimérisation du cyclopentadiène carplus simple. Notion d’approche endo/exo. On revient sur l’exemple. Régio ok, onregarde la stéréo et on explique les résultats obtenus. Réaction de DAdiastéréospécifique. Interactions secondaires. Représentation sur transparent et modèlemoléculaire avec orbitales Transition : pour utiliser le cyclopentadiène on doit le dé-dimériser avant ! Précautiond’emploi ! De même, la plupart des diènes doivent être conservé avec des inhibiteurs deradicaux car polymérisation facile !

3) Polymérisation ICO p251, HP et Vollhardt Importance de la polymérisation du buta-1,3-diène, cf ce que la nature fait avecbiosynthèse de grosse molécule à base d’isoprène. Synthèse du caoutchouc à partir del’isoprène : synthèse anionique industrielle la plus importante. Marche bien avec diène conjugué car on a stabilisation du carbocation formé. Etape à détailler au tableau. Régiosélectivité tête à queue. Remarque : Polymérisation facile par voie radicalaire.

Conclusion : Réactivité très intéressante des diènes non conj et conjugués donc. Permet aussi descyclisation et notament la synthèse de macrocyle. Ouvrir sur la méthatèse cyclisanteICO p230. Exemple ICO on obtient le cycle avec un bien meilleur rendement que si onavait essayer de le fermer avec lactonisation.(Dans la nature on trouve de nombreux polyènes conjugués qui de par leur forteconjugaison et l’effet bathochrome qu’elle induit sont utilisés comme colorants/ ==. Exbéta carotène.)

LO 19 : Les organométalliques en chimie organique(métaux de transition exclus)

Niveau : L2Pré-requis : Acide/Base, Nucléophilie/électrophilie, Substitution/nucléophile,

Dérivés halogénés, Dérivés carbonylés, Acides carboxyliques et dérivés, Époxydes, organomagnésien, notion de chimie radicalaire.

Biblio : ICO, HP PCSI, Astruc, Clayden, Brückner, Kürti, Carey T2,

Introduction : * Définition d’un composé organométallique, halogénure d’organométaux : composécontenant une liaison C-M. ICO p.499* Cadre d’étude. Beaucoup de métaux (montrer une classif périodique ICO p.499)Définition métal et métal de transition. Nous on se limite à ceux des blocs S et P, ciblerceux qu’on va évoquer (Al, Zn, Sn, Mg, Li…) * Historique ICO p365 (dérivés halogénés) et 502 * Très grande utilité en chimie organique depuis!! Clayden p. 210, chaporganométalliques Exemples : Hormone juvénile : 7 sur les 16 liaisons ont été formés àpartir d’organométalliques. Inhibiteur d’enzyme : 8 des 20 liaisons créées par desréactions avec des organométalliques .* Objectif de la leçon : comprendre l’intérêt de ses composés en chimie organique, leursynthèse, leur réactivité...

I.Généralités (10')1) Présentation

* Deux grands types : alkylmétaux et halogénures d'alkyles métaux. ICO p.499 etsuivantes Nomenclature* Etat naturel : rare!* Utilisation comme produits pharmaceutiques (mercurochrome...) ICO p.501,plastifiant de matériaux macromoléculaire... très utilisé en synthèse. Attention toxicité.ICO p.503

Transition : Maintenant voyons voir ce qu'apporte cette liaison particulière liaison C-Mqui font toutes leurs caractéristiques aux organométalliques

2) La liaison C-M*Electronégativité (C sp sp2 sp3), polarisation de la CM, caractère ionique, effetUMPOLUNG donc possibilité de créer des liaisons carbone-carbone. Energie de liaison

assez faible (ex pour MeLi. ) ICO p.504*Organométalliques : environ carbanions , « doublet quasi libre » => Base de Brönsted,nucléophile et métal = acide de lewis. (Remarque : voir le Clayden p.210 pour diagramme d’OM de Me-Li et justification dece caractère de DNL porté par le C. La réalité est plus complexe car dimères etc… (àmontrer dans la leçon ?) )

Transition : Ces propriétés vont avoir un impact direct sur les solvants utilisables.

3) Rôle du solvant et structure* Choix du solvant pour la stabilisation HP PCSI organomagnésien, lacune de Mg =>déjà vu. (caractère acide de Lewis du métal) schéma sur transparent.

* Discuter choix du solvant pour stockage ICO p.506 (caractère basique) Les butyllithiums ne peuvent être stockés dans les éthers car ils les déprotonnent donc onpréfèrera les alcanes.

* Influence sur la structure - RMgX équilibre de Schlenck Astruc p293, ICO p505- RLi : tétramères, dilmères, oligomeres ICO 506, Astruc p.288- Al : dimères Astruc p 322

Les dérivés AlR3 sont les seuls du groupe 13 à se dimériser à l’état solide et aussi ensolution. Freinée par les gros substituants. Astruc p. 322. Structure ICO p. 504

- L’agrégation dépend du solvant Pourquoi s’intéresser à l’agrégation, qu’est-ce que ça change ?=> Rôle du solvant sur la basicité ICO p. 506Les solvants dipolaires aprotiques qui solvatent spécifiquement les cations, provoquentune désagrégation des structures dimères, tétramères, hexamères qui sont les pluscommunes pour ces composés en solution dans les alcanes ou l’oxyde d’éthyle. Or, lastructure monomérique est beaucoup plus réactive qu’une structure oligomérique.

Transition : on a vu que très basique, très réactif, donc pas tous commerciaux, rares àl’état naturel… Comment on les synthétise ?

II. Préparation des organométalliques (20')1) Addition oxydante sur le métal

- RMgX, RLi , R2Zn ICO p.368 réaction redox. Bilan et ex. Calcul de DO, ICO p366(dérivés halogénés) organicadmien Carey p.392-Montage pour leur synthèse => réactions parasites envisageables et précautions prisesdu coup (rappel sur transparent)-Réactions parasites : oxygénation et couplage de Wurtz HPrépa p254

Transition : Quand cette technique très classique n’est pas possible, on a recours à uneautre méthode… ICO p. 517 (vinyllithium, halogénures de vinylmagnésium,allyllithium…). De plus, la préparation des halogénures d’organozincs par insertion nemarche que sur les dérivés iodés, les plus difficiles et les plus coûteux à préparer ICO p.519

2) Echange halogène-métal*Principe : ICO p.517 appariement entre espèce les plus dures. Avec Li seul => perte partielle de la stéréochimie.*Exemples avec rétention de configuration : RMgX, RLi , R2Zn ICO p.518

Transition : On joue sur la différence de force de la base pour déplacer cette réaction. Onpeut également utiliser le caractère basique d’une autre façon…

3) Echange hydrogène-métal- Formation des alcynures. Clayden p.213 (principe avec pKa et exemple) - Ortholithiation. Principe Clayden p.214 + ICO p.512 et exemple ICO p513 synthèsed’un intermédiaire du fludioxinil (fongicide agricole)

4) Echange métal-métal*Principe Clayden p. 217 Les organolithiens peuvent être transformés en d’autres organométalliques en les traitantpar le sel d’un métal moins électropositif. Le lithium, plus électropositif, passe ensolution sous forme d’un sel ionique, alors que le métal moins électropositif (Mg, Ce,…) récupère le groupement alkyle. * Organoétains fortement utilisé pour former lithien délicat. Notamment permet degarder stéréochimie. Exemples : ICO p. 520 : synthèse d’un allyllithium à partir deorganoétain exemple avec rétention de configurationMais possibilité aussi de faire l'inverse. Exemple : ICO p. 518 synthèses d’un zincique àpartir d’un lithien (échange halogène/métal puis transmétallation) Clayden p. 217 : formation d’un dialklylzinc, utilisé dans la conservation des livresanciens.

Transition : Comment on les utilise en synthèse ?

III. Réactivité des organométalliques (20')1) Basicité

* Avec l’eau Mg/ Li : bilan => montage particulier présenté avant, instable , on cherchesouvent à le mettre en défaut pour éviter réaction violente pendant l’hydrolyse du brutréactionnel HP

* Synthèse des amidures.Synthèse de la LDA ICO p. 476. Base forte encombré très utilisée en chimie organique. Exemple : E2 chimiosélective en partant d’un époxyde Brückner p. 131Base non nucléophile, donc n’attaque pas l’époxyde, font juste l’E2.

* Dosage ICO p. 509 : Dosage du methyllithium par l’acide diphénylacétique (3,20) dont ledianion conjugué est jaune canari. Importance pour savoir, après formation, quellequantité exacte d’un produit dangereux il convient d’ajouter. (OU Fuxa p. 49 : dosage d’un organomagnésien formé in situ par l’alcool benzyliqueavec comme indicateur coloré la 2,2’-bisquinoléine qui se complexe au Grignard. Lesazotes plus nucléophiles que les oxygènes du solvant complexent le métal HP PCSI IIp. 315

Transition : Pourquoi le doser ? parce qu’ensuite on le met à réagi et parfois avec desréactifs dangereux donc il faut être sûr de l'avoir mis en excès…

2) Substitution nucléophileOn avait déjà vu sur les organomagnésiens… Qu’en est-il des « nouveaux »organométalliques ? Sur les époxydes. ICO p541 : organolithien, Et2Al-R, allyle baryum. Bilan (etmécanisme sur transparent car déjà vu )

3) Addition nucléophilea) sur les aldéhydes et les cétones

L’addition nucléophile des organométalliques sur les aldéhydes et les cétones est l’unedes plus importantes méthodes de création de liaisons C-C.

* Bilan général ICO p. 597* Mécanisme (sur transparent car sensé avoir déjà été vu avec les organomagnésiens) * Exemple concret Clayden p. 214 : Synthèse de l’éthynyloestradiol (composant anti-ovulation de nombreuses pilules contraceptives) * Réactions secondaires : réduction et énolisation Brückner p. 293 * Remarque Carey T2 p.390 Les organozinciques ont une bien plus haute compatibilité avec les groupes fonctionnelsque OLi ou OMg, aussi bien dans les réactifs que dans les substrats. * Cas des aldéhydes et cétones alpha-bêta insaturés Clayden p. 235 Exemple comparant Li et Mg : Brückner p. 294. Mise en évidence d’un autre sited’attaque possible. Avec organozincique : 1,4. Mécanisme dans le cas 1,4. Comment expliquer ça ? Régiosélectivité ? La réaction tient en compte deux facteurs : charge et orbitalaire, un prédomine souventsur l’autre suivant les réactifs. Contrôle de charge si réactif dur (attaque en 1,2 car chargela plus importante) ; contrôle orbitalaire si réactif mou (attaque en 1,4 car coefficient leplus élevé). Calcul Hulis à montrer

b) sur les acides carboxyliques et dérivés* Bilan général ICO p. 711* Mécanisme sur transparent et détailler celui du nitrile Vollhardt p. 892Avec Li et Mg, adduit tétraèdrique instable expulse rapidement un alkoxyde, plusréactive que le substrat de départ, on finit avec deux additions. Pour éviter doubleaddition, on peut partir d’un nitrile * Exemples : ICO p. 712 (ester) Vollhardt p. 892 (nitrile) Problème dans le cas où on veut énolate d’un ester qui s’ajoute sur al/one : énolates delithium ou Grignard très réactif et donc addition sur le groupe ester possible ! Solution :utiliser un organométallique moins réactif : organozinc. Transition : Cas d’un acide particulier… *Organocadmiens : sur chlorule d’acyle => cétone. Carey p.392

c) sur le dioxyde de carbone* Bilan et mécanisme Clayden p.219* Exemple concret : synthèse de la méthicilline, antibiotique important car il agit même contre les bactéries qui ont développé une résistance à la pénicilline.

4) Défonctionnalisation radicalaire (si le temps)Réduction des halogéno-alcanes par Bu3SnH Exemple Clayden p.1041 Justification du fait que la réaction soitthermodynamiquement favorisée et de l'utilisation de AIBN et pas de péroxyde : préciserénergies de liaisons pour justifier celles qu'on casse et forme. Mécanisme au tableau.

Conclusion On a vu un grand nombre de réactivités des organométalliques des colonnes 1,2 et 12. Mais on a aussi vu limites. Ouvertures sur les organocuprates qui sont issus d’un métalde transition mais Cu(+I) a la même configuration que Zn(+II) et donc une réactivitécomparable. Element de transition offre encore une plus large gamme de réactivité.Les organométalliques de transition jouent un rôle primordiale en chimie organiquemoderne à travers la catalyse par les métaux de transition dont les couplages au Pd (PN2010).

LO 20 : Influence du solvant sur la réactivité en chimie organique

Niveau : L2Pré-requis : Cinétique chimique et loi d’Arrhenius, Forces intermoléculaires, Profil

réactionnel. Contrôle cinétique et contrôle thermodynamique, Contrôleorbitalaire/contrôle de charge, Réactions classiques de chimie organique de L1/L2

Biblio : ICO, Loupy, Reichardt, T&D PCSI, Paul Arnaud, Brénon-Audat.

Introduction : Le solvant en chimie organique apparaît comme un élément primordial des conditionsopératoires d’une réaction chimique. Mais qu'est-ce qu'un solvant plus précisément. Pourcela il faut savoir ce qu'est une solution. Par définition IUPAC, une solution est unephase liquide ou solide contenant plus d'un composé. Un au moins de ces composés,appelé solvant est traité différemment des autres qui sont des solutés.Brénon-Audat. Lesolvant est en général majoritaire en solution. (voir def d’un solvant ICO p159).Sur transparent : quels sont les rôles majeurs d'un solvant? Rôle initial : dissolution (oudilution) des réactifs, mais peu aussi être nucléophile (ex: bromation des oléfines dansméthanol), catalyseur (ex : dans les solvants hydroxylés), agent solvatant (ex :interactions électrostatique entre solvant et les espèces chargées) Loupy p.1Historiquement : principal solvant = eau. Peu de solvants orga connus (éthanol,éthoxyéthane). Ces derniers se développent avec la naissance de la chimie organique.Effets de solvants détectés très tôt dès le XVème siècle, mais personne depuis n’a trouvéLE «solvant parfait » longtemps cherché. Effets quantifiés plus tard : thermo, cinétiqueReichardt p9Comment expliquer l’influence du solvant sur la cinétique d’une réaction, donc sur laréactivité?

I. Introduction aux effets de solvants1) Dissolution et interaction soluté-solvant (Rappels : aller vite)

● Définition : il s'agit d'une mise en solution, mélange entre deux phases dans unenouvelle phase homogène IUPAC Goldbook

* Composés moléculaires : Dissolution = solvatation * Composés ioniques : Dissolution = ionisation + dissociation + solvatation.

Solvatation = Interaction énergétique et spatiale entre les particules dissoutes et lesolvant, qui conduit chaque molécule ou ion dissous à s’entourer d’une enveloppe de

molécules de solvant plus ou moins liées.

Transition : Comment caractériser les interactions locales rendant compte de lasolvatation ?

● Interaction soluté-solvantLa dissolution d’une molécule ou d’un ion dans un solvant est synonyme d’uneperturbation de la structure interne du solvant. Il faut donc que les interactions soluté-solvant compensent les interactions solvant-solvant et soluté-soluté.

* Interactions non spécifiques- Van der Waals : odg 1-10kJ.mol-1'- Ion-dipôle (complexe dans l’eau))* Interactions spécifiques- Liaison hydrogène : odg plusieurs dizaine de kJ.mol-1 (ex : alcool dans eau) schémades liaisons H.- Transfert de charges (ex : complexe TD p.656)(- Liaison hydrophobes (protéines + eau))

Exemple à chaque fois. T : ODG Arnaud p.170 énergétique, comparaison à une énergiede liaison.

Transition : La structure du solvant est donc primordiale dans les processus desolvatation et de stabilisation des solutés. Quantification de ces effets ?

2) Classification des solvantsLes solvants utilisés pour les composés organiques et minéraux ne peuvent guère seclasser selon un schéma simple, du fait de la variété de leurs propriétés physiques etchimiques. Reichard p.35Cependant on peut retenir la classification de Parker => classification selon lesinteractions avec le soluté.

Classification de Parker : Loupy p.9, Reichard p.42– solvants dipolaires aprotiques => exemples et valeurs de εr et μ pour chacun.– solvants protiques– solvants apolaires aprotiquesCaractère dipolaire et la faculté de former une liaison H mis en relief.

Dans un groupe comment peut-on comparer les propriétés des uns et des autres ?Moment dipolaire et permittivité diélectrique => polarité globale : capacité à ioniser,dissocier des paires d’ions, solvater des composés polaires ou ioniques. Cas particulierde solvants donneurs de LH : protiques. Exemples.

Les solvants classés, on peut encore classer ces solvants selon différentes échelles.

De très nombreuses échelles de solvant existent, essentiellement basées sur des donnéesspectroscopiques ou thermodynamiques. Paramètres empiriques.

Echelle de solvant : bcp d'exemple une fois de plus, on s'intéresse à l'une d'entre elles.Spectroscopie UV (échelle ET: énergie de transition) Loupy p.14- Mauvaise corrélation entre εr et ET

N, exemple de solvants plus ou moins protiques(tableau ICO p168) Plus ET

N est élevé, plus le solvant est polaire.

Transtion : l’échelle à considérer dépend beaucoup du type de solutés donc de réactionsconsidérées…

II. Influence sur la cinétique d'une réaction1) Position du problème

Par des interactions spécifiques, le solvant peut stabiliser EI et ET différemment. Profilréactionnel. Il y a alors modification de l’énergie d’activation du processus et, par suite,de la constante de vitesse k de la réaction. Loupy p.116 , Reichard p. 61Pour pouvoir étudier l'effet du solvant, il faut donc avoir une idée de l’ET et donc dumécanisme.4 grandes classes de mécanisme : Loupy p. 118- Dispersion de charges. Exemples : SN ou E. Faire schémas- Apparition de charges. Exemples : ionisation, SN, E, fragmentation- ET non chargé. Exemples : Diels-Alder, Transpo de Claisen- Réactions radicalaire Exemples : Rupture homolytique

Transition : On voit que dans ces mécanismes des charges apparaissent disparaissent…Ca peut être un critère pour évaluer l’effet du solvant !

2) Modèle de Hugues-IngoldLe mécanisme de la réaction renseigne sur le choix du solvant le plus favorable enfonction de sa polarité. Reichard p.66Théorie qualitative prenant en considération les seules interactions électrostatiques entreles ions et les molécules de solvant dans EI et ET. Elle considère l’effet de la polarité dusolvant qui, lorsqu’elle augmente, induit une solvatation accrue des espèces les pluschargées.- S’il y a apparition de charges dans ET, la vitesse augmente quand la polarité du solvantaugmente.- S’il y a dispersion ou diminution de charges dans ET, la vitesse diminue quand lapolarité du solvant augmente.- Si le mécanisme est non ionique, les effets de solvant sont faibles.Exemples : on reprend les exemples des mécanismes et on rajoute l’amplitude des effetsde solvant.Mettre en lien avec les ET

N.

Discuter de l'impact du solvant sur les paramètres d’activation en fonction dumécanisme de la réactionElles ne prennent cependant en considération que les interactions électrostatiques.Plusieurs limitations à ces règles peuvent être évoquées : Loupy p.124- Les réactions sont supposées être sous contrôle enthalpique et ne tiennent pas comptedes entropies d’activation. Or elles sont le reflet de l’organisation des systèmesréactionnels et sont profondément modifiées par l’intervention des molécules desolvant !- Les solvants considérés sont souvent de structures très voisines.- La solvatation spécifique n’est pas explicitement considérée. Une polarité peutaugmenter en mettant en jeu le caractère accepteur ou donneur du solvant (solvantsprotiques ou aprotiques).Cette approche (néanmoins utile) est à raffiner, notamment au niveau des effets desolvatation spécifique, car la notion de polarité est trop globale et couvre en pratiquetous les phénomènes de solvatation.

Transition : Voyons ça sur quelques exemples.

3) Effet des interactions spécifiquesDans certains cas, ces interactions sont responsables de la majeure partie de lastabilisation de l’EI ou et d’ET.- Liaisons H : solvolyse d’un tosylate benzylique Reichardt p89 Les solvants polairesmais aprotiques ne favorisent pas cette réactionAutre exemple : assistance électrophile sur solvant dans réduction par les hydrures.Loupy p.172- Liaisons datives : SN2 de l’azoture de sodium sur le bromobutane. Effet de lasolvatation du cation sur la cinétique ICO p162

Transition : jeu sur la vitesse des réaction et comment utiliser ces effets afin de guider lasélectivité de réactions compétitives?

III. Influence sur la sélectivité (20')1) Compétition SN2/E2

Exemple du bromure d’isopropyle + OH-. Loupy p.162* Représentation des deux ET* Influence du solvant :

- Polarité du solvantLa charge est plus délocalisée dans l’ET de la E2 que dans celui de la SN2. D’après lesrègles de Hugues Ingold, cette dispersion de charge accrue résulte en une diminution dela vitesse de réaction lorsque la polarité du solvant augmente. En effet, dans le cas d’unsolvant polaire, un processus de type SN2 est moins ralentie qu’une élimination de typeE2. Exemple : mélange eau-éthanol

( - Groupes partantsDans le cas de mauvais groupes partants, nécessitant une assistance électrophile et donccorrespondant à un nucléofuge dur, les effets de solvatation de l’état de transition par le siteXpeuvent se manifester. Dans l’ET de la SN2, la charge est plus concentrée et donc plussolvatable. SN2 relativement favorisée. Exemple : I, Br, ClDans le cas de bons groupes partants, le nucléofuge est un site anionique mou donc peu sensible àla solvatation. Le processus de E2 sera donc relativement favorisé avec un bon groupe partant.Exemple : Br, Ots )

Transition : On a vu compétition entre deux réactions de nature différentes, on peutégalement avoir compétition entre deux nucléophiles pour une substitution nucléophile.

2) Compétition C-/O-alkylation* Prévision théorique Loupy p.143Enolates ont deux sites nucléophiles. On peut prévoir que sous contrôle de charges, O-alkylation majoritaire car O très électronégatif, charge plus importante. Sous contrôleorbitalaire, Calkylation majoritaire car coefficient plus grand sur le carbone dans la HO. Calculs Hulis à montrer pour prouver nos dires.Montrer les produits correspondants à C et O alkylation de la réaction avec Et2SO4.Loupy p.146

* Effets de solvant Loupy- solvant aprotique polaire, l’énolate est « nu », la réaction est sous contrôle de charge etla proportion de O-alkylation est maximale. Exemple : HMPT, NMP, DMSO- solvant protiques, l’oxygène est solvaté par liaison H, ce qui a pour conséquence dediminuer la densité de charge négative sur l’énolate. La contribution orbitalaire frontalierà la réaction apparaît et la propotion de C-alkylation augmente. E. Exemple : EtOH,tBuOH- solvant aprotique peu polaire, les ions s’associent énergétiquement, la charge négativesur l’O est neutralisée par association avec cation. Contrôle frontalier prépondérant. C-alkylation augmente. D’autant plus vrai que l’énergie d’association augmente. Exemple :Et2O, Dioxane

3) Stéréosélectivité de l'addition électrophile de Br2 sur un alcène(si le temps)

Présentation des deux classes de ET possibles (bromonium, carbocation), dispersion decharge, Hugues-Ingold, confrontation aux données expérimentales selon la polaritéglobale du solvant. Reichard p.76

Conclusion : Bilan , les solvants participent à la réactivité. Les outils développés ici forment un corpusde règles facilement exploitables par l’organicien.Dans l’autre sens : effets de solvants utiles pour dégager des éléments mécanistiques.

Autres effets de solvants spécifiques non traités : interaction hydrophobe Reichardt,Loupy, rôle dans la structure des protéines, et surtout la très grande vitesse des réactionsenzymatiques (effet de poche, joue sur l'activité).Aspects négatifs des solvants : toxicité, prix, recyclabilité ou élimination (aspect écolo)=> chimie verte, réactions sans solvant.Permet aussi de faire purification comme extraction, recristallisation

LO 21 : Les diols, polyols et sucres

Niveau : L3Pré-requis : alcools, dérivés carbonylés, alcènes, époxydes, oxydation/réduction,

groupements protecteurs, acétalisation, contrôle, sélectivités (régio stéréo….), conformation, théorie des OM,

Biblio : ICO, Carey T2, OCP 6, OCP 99, Weissermel, T&D PC, Clayden, NTA blanc, Perrin 1&2,

Introduction : Nous avons étudié les doubles liaisons C=C au sein d’alcènes puis de molécules pluscomplexes comme les diènes et les polymères. L’augmentation du nombre de fonctionsalcènes conférait des propriétés chimiques spécifiques et un interêt certain en synthèse.Nous allons retrouver cet intérêt avec l'augmentation du nombre de fonctions alcools.Beaucoup de composés chimiques contiennent plusieurs fonctions alcools. Exemples.Nous allons aujourd’hui nous intéresser à ces composés appelés de façon généralepolyols et en particulier à une famille possédant plusieurs fonctions hydroxyles trèsintéressante en chimie, celles les sucres.

I. Les diols et polyols (20')1) Présentation et propriétés

*Définition diols : composés dans lesquels deux groupements hydroxyles sont liéschacun à un carbone tétragonal dont les autres substituants sont des carbones, deshydrogènes ou des siliciums (=composés avec deux fonctions alcools). Distinctinctiondiols α, β, γ (géminés, vicinaux) + exemples ICO p377Remarque : diols géminés => acétone par déshydratation.*Définition polyols : composés dans lesquels deux ou plusieurs hydroxyles non génimésconstituent la fonction principale. Exemples.Nomenclature (vite fait) des exemples précédents + noms triviaux pour glycérol, etc...?ICO

Propriétés : * Identiques aux alcools en ce qui concerne propriétés spectroscopiques, acides/bases,rédox.* Température d'ébullition, viscosité comparées aux alcools simples et acides carbo. =>pas de dimères mais on augmente les interactions avec liaisons H. ICO p.378* Toxicité

2) Synthèses

On en a déjà vu :-)* En labo : Rappels sur des exemples sur transparents : - antihydroxylation : à partir des alcènes, époxydation et ouverture des époxydes.Exemple : Carey p.636 - synhydroxylation : sur les alcènes, utilisation de KMnO4 en conditions basiques, sousforme diluée, à basse température ou de OsO4 en quantité cata grâce à utilisation d'unco-oxydant. Mécanisme sur transparent éventuellement. Exemple OCP 6 p.21Discussion => réaction diasétérospécifique.Avec ces deux réactions, on peut obtenir tous les diastéréoisomères selon les conditionset les réactifs utilisés.Avec un alcool déjà présent sur la molécule => formation d'un polyol.- Réductions possibles => obtention de diols 1,3 ou 1,2 selon le réducteur (DIBAL ouRed-Al) Brückner p.515

* En industrie- formation de l'éthylène glycol => exemple Perrin p.492 + Weissermel (oxydessupérieurs d'éthylène)- formation de polyol par saponifaction d'esters naturels (triglycérides : graisse) =>exemple synthèse du glycérol Perrin p.679

Transition : une fois qu'on a crée des diols, on va vouloir les garder donc il faut lesprotéger

4) Réactivitéa) acétalisation avec un carbonyle

On avait vu acétalisation des carbonyles. Bilan sur transparent, hémiacétaliation,acétalisation avec un ou deux équivalents d'alcools TD p.456, mais avec diols mieux =>formation d'acétals cycliques favorisés entropiquement. Clayden p.346Mécanisme au tableau. Clayden + exemple. Clayden ou ICO p.560Application à la protection de fonction, exemple Clayden p.632

Exemple où après protection, il reste deux diols au centre => coupure oxydante. ICOp.415

b) coupure oxydanteAction du périodate de sodium. Spécifique des diols syn. Bilan, mécanisme pas bien connu mais passage par un intermédiaire cyclique. OCP 6 p.39 + ICO p.212 Exemple ICOEt après déprotection... fonctions aldéhydes et polyols => on a un sucre...

Transition : et si le composé comportait aussi une fonction aldéhyde ou cétone =>formation d'un cycle possible... intéressant, non? C'est ce qu'on retrouve chez les sucres!

II. Les sucres (30')1) Présentation

Définition : Oses : structures polyfonctionnelles comprtant des fonctions aldéhydes (oucétones) et des groupements hydroxyles.Composition : Cn(H2O)n => hydrates de carbone, structure générale + qq exemplesproduits naturels et de nomenclature OCP 99 p.5Conventionnellement en représentation de Fischer, D, L. Sucres naturels : D.Explication, en haut le carbone le plus oxydé, chaîne carbonnée vers l'arrière, passage enécriture de Cram. OCP 99 + Vollhart p.1061 Exemple sur l'érythrose avec modèlemoléculaire avec squelette carboné vers l'arrière.

Attention à ne pas confondre avec lévogyre et dextrogyre !

Transition : Bilan : on a présenté les sucres avec fonctions aldéhydes ou cétones etalcool, on en parlait tout à l'heure, possible de faire une hémiacétalisation!

2) Structure cyclique des sucres* Hémiacétalisation spontanée.Mécanisme, repliement de la chaîne, pivotement du C5 et hémiacétalisation. Vollhardtp.1062 + OCP 99 p.10Nouvelle nomenclature : pyranose, furanose. Thermo : cycle à 6, cinétique, cycle à 5.Cycle à 3 et à 4 ne se font pas car trop tendu.Projection de Haworth à présenter en parallèle à la représentation chaise habituelle,oxygène dans le cycle en haut et carbone anomérique à droite. Série D : CH2OH audessus du plan. Vollhardt

* Carbone anomèrePrésentation α, β en représentation de Haworth. Equilibre entre le deux formes :mutarotation Vollhardt p.1065 => Evolution du pouvoir rotatoire d'une solution d'osefraichement préparée. Mécanisme sur transparent. (en contrôle thermo cycle à 5 moinsstable)Effet anomère, moment dipolaire, discussion portion α, β en solvant apolaire (α),polaire(β), comportement orbitalaire. NTA blanc p.226 + OCP 99 p.14

Transition : cette position anomère confère une réactivité particulière aux sucres.

3) Réactivitéa) Réactivité commune aux polyols

* Coupure oxydante => application à la détermination de structure Vollhardt p.1069

* Acétalisation

=> présence de nombreux groupements polyols => problème de régiosélectivité =>nécessité de protéger => on a avait vu acétalisation comme protéger des C=O maisprotège aussi les diols => stratégie de synthèseExemple Clayden p.1362 : dans ce cas, Position anomère protégée, utilisation dubenzaldéhyde, mieux que acétone car Me axial. + voir JDAvec acétone on va protéger sûrement d'autres fonctions, dans le cas du α-D-glucoseparler de contrôle : Clayden p.1362Si le temps en préparation : faire modèle moléculaire pour montrer forme la plus stable avec acétone.Une fois qu'on a protégé, on peut agir sur l'alcool restant. Accès à des sucres diversementsubstituer.

Transistion : cette réactivité peut se retrouver pour la liaison anomère

b) Réactivité spécifique de la position anomèreProtection de tout le sucre avec Ac2O, on a former le bon groupement partant =>substitution nucléophile. Vollhardt p.1071 Par ce qu'on veut mais en particulier=> formation de la liaison glycosidique : glycosylation : condensation d'un gluside etd'un alcool (action d'un nucléophile oxygéné sur la position anomère) ou condensationentre deux glucides.Glycosylation de Fischer OCP p13 Bilan, mécanisme, exemples.Régiosélectivité, stéréosélectivité, formation d'un bon groupement partant.Formation de la liaison, assistance anchimérique. => orientation de la liaison.

Application à la formation de polysaccharides.

Conclusion :Bilan, sucres très importants + propriétés exploitées, emploi de glucose marqué 18Fcomme traceur radioactif dans l'imagerie du cerveau. Vollhardt p.1073

LO 22 : Les hétérocycles aromatiques

Niveau : L3Pré-requis : Dérivés aromatiques et réactivité, Hückel, RMNBiblio : OCP 2, Clayden, Lalande, ICO, NTA vert, Carey T1, Fuxa, Vollhardt,

Millcent

Introduction : Nous avons étudié le benzène, les aromatiques et leurs réactivités particulières maiscomme dérivés du benzène, nous nous étions arrêtés à l'introduction de substituants surle cycle aromatiques, mnt que se passe-t-il si on introduit un ou plusieurs hétéroatomesdans le cycle aromatiques? C'est ce qu'on va étudier avec les hétérocycles aromatiques.Ces composés sont très importants, en effet on en trouve de nombreux dans la nature, parexemple dans les acides nucléiques (bases azotées) et ils sont très importants pour l'êtrehumain, dans les médicaments par exemple dans des antibiotiques ou des médicamentscontre les ulcères. (exemples sur transparents) OCP p.1 + Clayden p.1147Mais qu'est-ce qui fait leur particularité?Multitudes d'hétérocycles aromatiques existant, on va se restreindre à l'étude descomposés possédant un seul hétéroatome dans le cycle.

I. Présentation des hétérocycles aromatiques1) Structure et hétéroaromaticité

Rappel : définition aromaticité + par RMN ICO p.295Définition hétérocycle, hétérocycle aromatique. OCP p.1 Typiquement hétéroatomes : S,N, O.Vérification des critères d'aromaticité. Comparaison pyridine et pyrrole. Calcul desénergies de résonnance. Comparaison avec le benzène -> stabilité particulière Lalandep.212 et 231 (exo 5.8) + Clayden p.1148, doublet de l'azote engagé ou non dans lesystème π.

Autres exemples d'hétérocycles aromatiques simples déjà rencontrés : pyridine, pyrrole,imidazole, furane. OCP p.3 + rapidement explication de la nomenclature. Millcent p.11

Transition : L'introduction d'hétéroatomes dans le cycle apporte donc un changement à lastabilité des aromatiques, qu'en est-il de leur réactivité?

2) Propriétés et réactivitéPropriétés différentes selon la taille du cycle ou l'hétéroatome engagé.

a) Etude selon la taille du cycle

-Ex cycle à 5 : retour sur OF du pyrrole=> HO + haute => SE + faciles. DNL engagédans le cycle.On peut voir aussi les formes mésomères : écriture des formes mésomères du thoiphène.Doublet participe à la conjugaison =>enrichi en électron => diminution basicité car casse aromaticité Clayden

- Ex cycle à 6 : retour sur orbitale frontières de la pyridine T NTA p.225 (OF sur Hulispossible)=> BV + basse => plus apte à SN. On peut aussi le voir avec formes mésomères, écriture des formes mésomères, onretrouve stabilisation + appauvrissement en électrons. DNL perpendiculaire au plan =>basicité (donner pKA : JD p.148) et nucléophilie => difficulté de SE car on utilise descatalyseurs de Lewis. Clayden

b) Etude selon l'hétéroatomeExemple sur les cycles à 5 : thiophène, furane et pyrrole : Carey p.560, Clayden p.1159,OCP réactivité pyrrole > furane > thiophène pour SE.N>O à cause électronégativité. Et O>S à cause d’un moins bon recouvrement avec la 3pdu soufre.

=> Classement en en π-déficitaires et π-excédentaires (en s’appuyant sur les formesmésomères) T Carey p.560

Transition : Tableau bilan des propriétés, mais comment on peut obtenir ces hétérocyclesaromatiques?

II. SynthèsesIl existe beaucoup de synthèses, on va s'intéresser seulement à quelques unes.

1) Synthèse d'hétérocycles π-exédentaires - Synthèse du pyrrole (Paal-Knorr) : condensation. Bilan. Mécanisme. OCP p.12Exemple ICO p.576 (aldéhydes et cétones)Même principe pour thiophène. Bilan. Et pour furane, simple déshydration. Bilan. Voirtableau du Clayden à la fin du chapitre

Si le temps : - Synthèse d'indoles de Fischer. Bilan au tableau. Mécanisme surtransparent Clayen p.1204 Exemple ICO p.578Application et intérêt des indoles. OCP p.54 + Clayden p.1169 : fait partie des protéinessous formes de tryptophane, médicaments.

2) Synthèses d'hétérocycles π-déficitaires- synthèse des pyridines de Hantzsch (à partir de la dicétone + NH3) sur transparentsClayden p.1191 même principe que précédemment pour le pyrrole, mais on n'obtientpas un aromatique => nécessité d'oxyder. Intérêt des pyridines de Hantzsch.

Possibilité d'obtenir directement la pyridine aromatique avec NH2-OH T Claydenp.1193

Transition : Bilan : Clayden p.1214 En eux-même, ils sont très intéressants etimportants, mais leur réactivité est intéressante également.

III. Réactions de s ubstitution aromatiques 1) Substitution électrophile aromatique

a) Sur des hétéoaromatiques π-exédentaires Thiophène, pyrrole et furane : OCP p.15 : bromation, sulfonation, nitration… : comme pour le benzène. Exemples.Thiophène : alkylation et acylation de Friedel et Crafts. On va surtout s’intéresser à ladifférence de réactivité de quelques composés. * Vitesse : Pyrrole, ça marche trop bien! Pas besoin d'activer. Mais thiophène et furanne,normal. Comparaison réactivité entre pyrrole, furane, thiophène (cf I-2) Ex sur labromation de l’OCP avec les k relatif p.15. * Régiosélectivité : étude de la réaction de Vielsmeyer-Haak . Bilan. Donner le mécanisme pour thiophène au tableau. Régiosélectivité : Discussion sur la formes mésomères sur T. Réaction sous contrôlecinétique, ECD, ET tardif, postulat de Hammond. => attaque en C2. OCP p.14 +Clayden p.1157-1159 Régiosélectivité différentes sur indoles T Bilan de l’ICO p.319 (arènes) et explication de la régiosélectivité.(ne pas détailler les formes mésomères mais expliquer rapidement pourquoi). OCP p.57

Si le temps : Application : synthèse de la porphyrine. Intérêt et mécanisme surtransparent? Fuxa p.184

b) Sur des hétéroaromatiques π-déficitairesDifficile. Exemple pyridine inapte à la SEAr. Explication. Clayden p.1150. Nécessitedes conditions drastiques. Exemples Vollhardt p.1121 (les réactions de la pyridine). Ounécessité d'activation par des groupements donneurs. Exemple pour la pyridine :activation en N-oxyde par la mCPBA ou H2O2. Mécanisme. Clayden p.1153

Transition : Vis-à-vis des substitutions nucléophiles aromatiques, les composants π-déficitaires et π-exédentaires ont le comportement opposé.

2) Substitution nucléophile aromatiquea) Sur des hétéroaromatiques π-exédentaires

Rare. Nécessite un groupement activant. Exemple : synthèse du ketorolac, unanalgésique. Clayden p.1162 Mécanisme

b) Sur des hétéroarmatiques π-déficitairesCa marche du tonnerre, car noyau aromatique déficient en électron. Exemple avec départd'un chlrorue (analogue de Chichibabin^^) Vollhardt p.1121.

Conclusion : Bilan-tableau de réactivité des π déficitaire, π excédentaire et benzène T&D

+ au choix : Autre réactivité : comportement de base et de nucléophile, groupement activant. Ex :DMAP, imidazole. Application à la protection, estérification. Clayden p.1153

Comportement de diène aussi. Exemple : furane avec anhydride acétique : Diels-Alder.Clayden p. 1163)

Il existe des milliers d’autres hétérocycles ! gde importance ! ex porphyrine et hème :Clayden p.1178 et Fuxa p.184

LO 23 : Réductions en chimie organique

Niveau : L3Pré-requis : réaction d'oxydation, réduction en chimie inorganique, mécanisme

radicalaire en chaîne, dérivés carbonylés et dérivés d'acides, alcènes, angle de Burgi-Dunitz

Biblio : ICO, Carey T2, OCP 6, T&D PC, Astruc, Kocienski, Brückner, Clayden, Kürti

Introduction : Réaction de réduction, déjà vues en chimie inorganique, abaissement du degréd'oxydation d'une espèce. Définition réduction ICO GlossairePermet de transiter entre focntion chimique. Exemple de la synthèse de la JuvabioneCarey p.705 Calcul de DO et se demander comment on va passer de l'un à l'autre.Rappel de la notion de classe d’oxydation. Transparent : les classes d’oxydation avec desexemples. OCP p.2. Réduction : passage d'une classe à l'autre.Il y a plusieurs enjeux avec les réactions de réduction : réussir à gérer chimio, régio,stéréo, énantio-sélectivité. Pour cela on a de nombreuses méthodes à disposition.

I. Réduction par hydrogénation catalytique1) Réduction des liaisons C-C doubles et triples

Equation bilan : alcyne->alcène->alcane. Source de H : H2 Difficile. Nécessité d'uncatalyseur, homogène ou hétérogène. TD p.359

a) catalyse hétérogèneAlcènes : ICO p189 exemplesMécanisme : Tec&Doc p360+ Bruckner p536 sur transparentsStéréosélectivité partielle, influence de la pression en H2 : hydrogénation syn exempleICO p.189Alcynes : 2 stades de réduction possibles : ICOp264-269 utilisation du catalyseur deLindlar.

b) catalyse homogèneCatalyseur de Wilkinson, exemple ICO p.189Mécanisme : cycle Astruc p354 + OCP p54Exemple catalyse asymétrique : L-DOPA Astruc p357 + ICOp.190 intérêt médicament contre la maladie de Parkinson. Clayden p.1236

2) Réduction des liaisons C-hétéroatomes

X= O,N, halogèneHydrogénolyse des liaisons benzyliques. Clayden p.622 Application à la déprotectionsélective. Exemples Kocienski p.242Réduction de Rosenmund Clayden p.623C-S réduit par Ni Raney ?

Transition : Grande utilité de ces hydrogénations catalytiques mais réduction des dérivéscarbonylés trop difficile dans ces conditions : utilisation d’hydrures.

II. Réduction par transfert d'hydrures1) des dérivés carbonylés

Rappel : comparaison réactivité NaBH4 et LiAlH4 ICO p581Mécanismes ICO p.582 un au tableau, l'autre sur transparent. Expliquer le choix d’unsolvant protique ou aprotique Chimiosélectivité al>one>enone TDConditions de Luche Brückner p.273. Exemple, ICO p.586Stéréosélectivité, angle de Bürgi Dunitz : réduction du camphre modèle moléculaire,ICO p583

2) des dérivés d'acidesRéduction des amides et ester par NaBH4 pas possible. Exemple OCP p66Autres méthodes : * LiAlH4 : réduction des esters en alcool, amide en amine OCP, ICO, Clayden* DIBAL : réduction en aldéhyde OCP, ICO, Clayden* BH3 : réduction des acides carboxyliques OCP p72 + exemple, synthèse del'oxazolidinone d'Evans Clayden p.1228. Intérêt : auxiliaire de chiralité.Tableau récapitulatif

III. Réduction par transfert monoélectronique 1) des liaisons C-C doubles et triples

a) cas des aromatiques : réduction de BirchBilan, nature des groupements sur le cycle déterminent la régiosélectivité Clayden p628Mécanisme Clayden + ICOExemples ICO p334

b) cas des alcynesBilan, exemple ICO p.276, stéréosélectivité par rapport à hydrogénation catalytique.Clayden p.629Mécanisme si le temps ICO + Clayden

2) des liaisons C-X

a) réduction de Barton-Mc CombieRéaction de désoxygénation : exemple : Kurti p47, OCP, CareyMécanisme Kurti p46 : formation du xanthate puis mécanisme radicalaire en chaine

b) réduction des C-halogèneExemple Clayden p1041 + ICO p.374Mécanisme radicalaire ICO + Clayden

c) réduction de ClemmensenExemples et bilan : ICO p611 + Kurti p93Conditions dures.

Conclusion : Liste non exhaustive, réaction de Staudinger, Wolff-Kischner.Synthèse totale bilan de la Juvabione Carey T2 p703

LO 24 : Les composés organosoufrés

Niveau : L3Pré-requis : Nucléophilie / Electrophilie, Acide/base, Oxydo-réduction, Réactivité

des alcools, des dérivés carbonylés (Wittig), SEAr, aa/peptide/protéineBiblio : Clayden, OCP 33, ICO, Rabasso, Vollhardt, T&D PC, Brückner

Intro : Clayden intro chap soufreDéfinition : organosoufrés (liaison C-S) OCP p.1. Présence de soufre dans denombreuses molécules dans la nature (molécules remarquables par l’odeur : truffe +moufette), dans les molécules du vivant (cystéine + méthionine Clayden p.1355 +biotine Clayden p.935), importance des ponts disulfures dans la structure des protéinesen médecine (médicament contre la lèpre + antibiotique).Réactivité des organosoufrés très intéressante en chimie orga, pour bien la comprendre,commençons par les présenter plus en détails

I. Présentation des composés organosoufrés (10')1) Le soufre

Position dans le tableau périodique, colonne 16, famille chalcogène. Situé en dessous deO : il est pertinent de comparer S et O, numéro atomique, configuration électronique,Lewis, hypervalence possible (orbitales d proches), mais s'explique aussi par rayonatomique (comparer S et O). Nombreux DO accessibles. Electronégativité (S, C et O)liaison S-C très peu polarisée => réactivité du soufre ne pourra pas s'expliquer commed'habitude par la polarité de la liaision mais plutôt par taille, prop du soufre. Claydenp.1249

Transition : nombreux DO accessibles => on les retrouve dans les différents composésorganosoufrés.

2) Les différents composés organosoufrésClassés par degré d’oxydation : (attention : même si la différence d'électronégativitéentre C et S est tres faible, on attribue quand même les électrons au soufre) : OCP 33 p.2A faire sur transparent, exemple et recalcul de certains DO en direct sur les exemples.-II : thiols, thioethers, thioacétals, sulfonium. Exemple : cystéine, méthionine-I : disulfanes. Exemple : cystine Clayden p.1355 0 : sulfoxydes : inversion au tableau (chiraux ! Einv = 160-170 kJ.mol-1 ICO comparerà N), sulfoxonium. Exemple : DMSO+II : sulfone. Exemple : Dapsone présentée en intro.+IV : acides sulfoniques. Exemple : acides paratoluènesulfonique

Energies de dissociation des liaisons : C-S, C-O, S-H, O-H. ICO p.384 A comparer, direqu'elles sont suffisament forte pour être stable mais aussi relativement faibles et qu’il estpossible d’avoir des ruptures homolytiques et que les composés soufrés interviennentdans de nombreux processus radicalaires qui ne seront cependant pas aborder dans lecadre de cette leçon

3) Propriétés oxydoréductricesOxydation des sulfures en sulfoxydes et sulfones par mCPBA/H2O2/KMnO4. Claydenp. 1265Formation des sulfoxydes peut être rendu asymmétrique : ex Sharpless ClaydenOxydation des thiols en disulfures => application bio structure tertaire des protéines (onpeut aussi parler des permanentes des cheveux si on veut : repose sur le même principe :voir remarque) Clayden p.1355 On peut aussi parler de réduction par PPh3 ou LiAlH4 ou non comme on veut mais detout façon se renseigner car attention question!

4) Propriétés acido-basiques* Du soufre : pKa thiols < pKa alcools (S étant plus gros que O, les doublets du thiolatese repoussent moins que pour les alcoolates) ICO p.384 + OCP 33* Du carbone en α du soufre : (transparent) Clayden p.1252Echelle de pKa : sulfure sulfoxyde sulfone sulfoxonium sulfonium. Clayden

Transition : on vient de voir S moins basique que O mais par contre meilleur nucléophile(car orbitales plus diffuses) cette réactivité va particulièrement nous intéresser.

II. Réactivité nucléophile du soufre (15')1) Formation des thioéthers (sulfures)

Analogue à Williamson mais marche mieux : S meilleur nucléophile que O. Bilan autableau, mécanisme sur transparent Clayden p.1249 Exemple ICO p.417 formation decycles (analogue aux ether couronne, taille cation de la base qui sert d'effet template)

Transition : Autre moyen de former des cycles avec les soufres :

2) Formation de thiocétalsExemple de bilan sur transparent. Vollhardt p.739Même mécanisme que formation acétals classique mais en utilisant acide de Lewis.Stable en milieu acide de Bronsted =>acétals et thioacétals sont des groupementsprotecteurs orthogonaux pour les carbonyles. Déprotection : Mécanisme avec HgCl2 au tableau. Clayden p.1255Effet mercaptant de S, permet de piéger tous les métaux lourdsCoupure liaison C-S avec Ni Raney. Exemple Vollhardt p.740

Transition : autre réactivité intéressante : formation de sels

3) Formation des sels (ne pas forcément en parler)(Transparent) Sels de sulfonium, renversable. Utilisation sel de Merweein pour éviter laréaction inverse. Clayden p.1258 Sels de sulfoxonium. ICO p.356 Principalementutilisés pour faire des ylures de soufre.

Transition : Avec formation de sels, on a rendu S électrophile. Quelle est sa réactivité entant qu'électrophile?

III. Réactivité électrophile du soufre (15')1) Sulfonation aromatique

Mécanisme déjà vu les années précédentes. Bilan au tableau. Réaction renversable :beaucoup de côtés pratique en synthèse pour jouer sur l’orientation des groupements surles composés aromatiques en utilisant l’acide sulfonique comme groupement bloquant.Clayden p.553 et 571 + TD Application aux résines échangeuses d'ions Clayden p.1473

2)Formation de bons groupes partants(Transparent) Passage d’un alcool à un halogénure, en passant par un intermédiaireorganosoufré : SN de l’alcool sur TsCl. Mention de MsCl et TfCF3 (au tableau).Classement en fonction de la force du groupe partant. ICO p.402

3) Oxydation de SwernBilan oxydation géraniol en geranial sur transparent ICO p.412. Mécanisme au tableau.Rabasso p.70 et 189Existe réactions analogues : exemple Moffat : idée tjs la même, activée électrophilie dusoufre.

Transition : On vient de voir le mécanisme de Swern, passage où on a déprotonné en α.Cette réactivité du soufre est également très intéressante.

IV. Influence du soufre sur la réactivité du carbone en α (10')1) Inversion de polarité (umpolung)

On a vu utilisation du dithiane comme protection, mais ça a aussi un autre intérêt :inversion de polarité. Donner pKa. Schéma de synthèse sur transparent Clayden p1255

2) Régiosélectivité : ylure de soufreOn utilise des sels pour former les ylures (ces sels peuvent être commerciaux mais avoirune idée de la façon de les synthétiser)Synthèse : - ylure de sulfonium Clayden p.1259

- ylure de sulfoxonium Brückner p.308 + Clayden p.1265Réactivité comparée avec le phosphore Clayden p.1259Réactivité comparée sulfonium/sulfoxonium Brückner p.312

Application à la synthèse d'un β-bloquant Clayden p.1259

3) Stéréoselectivité (si le temps, ici non^^)Synthèse de la biotine sur transparent. Explication stéréoselectivité Clayden p1254

Conclusion :Résumé des différentes réactivités possibles des composés organosoufrés. Insister surcarbocation stab en α et β et carbanions stab en α. Ouverture sur Barton Mc Combie? Oupas... attention mécanisme!

LO 25 : Réactions de formation de cycles en chimie organique(réations de cycloaddition exclues)

Niveau : L3Pré-requis : contrôle cinétique/thermodynamique, nucléophile/électrophile,

estérification, ylureBiblio : Clayden, ICO, OCP 54, Rabasso T1&T2, Lehn, Vollhardt, Kürti, CareyT2

Introduction : Il existe de nombreuses molécules cycliques naturelles ou synthétiques : OCP p.1 +Vollhardt p.131. Cycles très variés => nombreuses stratégies de synthèse. 2 grandesclasses de réactions de cyclisation : intramoléculaire et intermoléculaire

I. Facteurs influençant la cyclisation1) Aspect thermodynamique

– Réactions de cyclisation endergoniques (ΔrG°>0) elles sont coûteuses en énergique.Diagramme macroscopique.

– Etude de ΔrH° : Enthalpie de combustion pour différents alcanes, puis pourdifférents cycles : -> contraintes dans les cycles. Tableau de valeurs + courbesVollhardt p.134 + Clayden p.455. Explication des évolutions avec les tensions decycles. Schéma des cycles avec angles + modèles moléculaires. Clayden p.455 +Vollhardt p.136

– Cycles à 6 et macrocycles stables en thermo.– Effet des substituants, en position équatoriale. Exemple : acétalisation Clayden

p.1138. Formation O,O-acétal

2) Aspect cinétiqueNous avons étudié la stabilité des cycles, nous devons maintenant voir à quelle vitessevont se produire les réactions. Δ≠G°=Δ≠H°-TΔ≠S°– Vitesse relative de formation de cycle. Clayden p.1135. Concernant Δ≠H°, on

effectue un raisonnement similaire à celui concernant ΔrH°. Compétition entre Δ≠H°et Δ≠S°. explication et courbes Lehn p.8 + Clayden p.1136. Cinétique cycle à 5facile et macrocyle + difficile.

– Effet des substituants. Effet Thorpe Ingold. Exemple Clayden p.1138– Classification des différents types de cycles Vollhardt p.136

Transition : On va maintenant détailler la formation de cycles en commençant par lespetits cycles.

II. Formation des petits cycles1) Epoxydation

Exemple : Clayden p.506 avec mCPBA (montrer qu'il est électrophile?)Réactivité selon les substituants portés par l'alcène. Vitesse relative selon les substituantsportés par l'alcène. Stéréospécificité Clayden p.507Mécanisme, régiosélectivité selon environnement électronique de l'alcène Clayden +ICO p.204

2) Formation de cycles à 3 avec les ylures de soufreIntroduction des ylures de soufre en comparaison avec les ylures de phosphore Claydenp.1259. Exemple : contrairement aux ylures de phosphore qui donnent un alcène àpartir d’un carbonyle, les ylures de soufre donnent des époxydes. Présentation des 2types d'ylures de soufre Clayden p.1258. Mécanisme, cas particulier des cétones α,β-insaturées+ explications Clayden + Carey p.103 Exemple ICO p.609L’énone possède deux sites électrophiles soit une addition en 1-2 ou en 1-4. Quelque soitl’ylure, l’attaque 1-2 est plus rapide mais réversible. Dans le cas des ylure de sulfonium (nonstabilisés), le retour en arrière est difficile ce qui conduit à la formation de l’époxyde. Dans le casdes ylures de sulfoxonium, le retour en arrière est plus aisé à cause de leur stabilité. Ainsi cesderniers pourront être expulsés avant la formation de l’époxyde. Ainsi une partie des ylures vonts’additionner en 1-4, cette réaction n’étant pas réversible, elle conduit irrémédiablement à laformation d’un cyclopropane.

III. Formation de cycles communs 1) Acétalisation

Pb posé, pb de régiosélectivité, nécessité de protection. Clayden p.632Mécanisme et avantages Clayden p.346+345Pb : réaction équilibrée, utilisation du Dean-Stark Rabasso T1 p.229Exemple de transacétalisation ICO p.431

2) Réaction de DieckmannCondensation de Claisen intramoléculaire. Nécessité de hautes dilution. Synthèse de lacorylone Clayden p.727 Mécanisme Clayden (ou Kürti) Exemple synthèse d'unhétérocyle. Clayden p.727

3) Annélation de RobinsonIntérêt : synthèse des cycles A et B des stéroïdes. Mécanisme Clayden p.761Exemple ICO p.632Addition de Mickaël, aldolisation, déshydratation E1cb.

IV. Formation de grands cycles et de macrocyclesCoüt entropique très élevé car nécessité de préorganisation de la molécule. Favorisée àhaute dilution.

1) MacrolactonisationLactones : esters cycliques présents dans de nombreuses molécules pharmaceutiques,naturelles, arômes. Lehn p.117Exemple synthèse de zéanalénone ICO p.671 effet césium Lehn p.122

2) Effet templateOn diminue Δ≠S° en préorganisant substrat autour d'un ion ou d'une molécule. Effet desupport Lehn p.114Discussion taille du cation. ICO

3) Métahèse (si le temps sinon en conclusion)Entre autre la RCM (Ring Closing Metathesis) Mécanisme Rabasso T2

Conclusion : Ouverture sur les cycloadditons ou sur les macrocycles en biologie (porphyrine,cyclisation du squalène OCP p.52...)

LO 26 : Protection de groupes fonctionnels en chimieorganique; applications

Niveau : L3Pré-requis : chimie des alcools, amines, carbonyles (acétalisation et

thioacétalisation, addition d'organomagnésien), acide carboxyliques et dérivés.

Biblio : Kocienski, ICO, OCP 95 « Protecting group », Clayden, Carey T2

Introduction : *Synthèse totale = synthèse de molécules + ou – complexes à partir de molécules detailles + modestes. Met en jeu des problèmes de réactivité et sélectivité. * Ex simple : Clayden p.632 (chimiosélectivité) => on veut additionner sélectivementun OM sur un ester. Mais il y a aussi une cétone (+ réactive) dans la mol. Comment va-ton pouvoir faire ? * Ou encore avec sucre du Clayen p.1370, comment faire réagir sélectivement un desalcools?=> Utilisation de GP.

Avant de voir les différentes manières de protéger, intéressons nous un peu plus auxprincipes de la protection…

I. Principe de la protection (10')1) Définition et nécessité

Groupement protecteur. Protection : étape de fixation du GP Déprotection Cas simple de l’intro => donner les étapes (ne pas donner le mécanisme l’acétalisationcar déjà vu) Exemple dans une synthèse totale : synthèse du longifolène Carey T2 p.714 => On voit bien que c’est une nécessité ! Et on a aussi vu comment on pouvait protégerles composé carbonylés avec l’acétalisation =)

Transition : on a vu qu’on a été obligé de rajouter 2 étapes => moins bien pour le coût,temps de synthèse, rendement. Il va donc y avoir certaines caractéristiques pour être unbon GP !

2) Caractéristiques des groupements prtoecteurs7 caractérisiques dans Kosienski p2 : coût, stabilité, facilité à insérer et à enlever, facileà caractériser...

Transition : on peut avoir besoin de plusieurs GP en synthèse. Comment déprotéger l’unsélectivement par rapport à l’autre ?

3) Notion d'orthogonalité Principe d'orthogonalité de deux GP => faire un schéma « virtuel » ac GP1 et GP2.Kosienski p.3 Ex sur la thioacétalisation et l’acétalisation -Kociensky p.78 : mol ac acétal et thioacétal => déprotection sélective de l’acétal. -ICO p.446 (Ether …thioéthers) => déprotection sélective du thioéther avec Hg ! (+ voirClayden p.1256 chimie du soufre) Mécanisme au tableau (Kociensky p.6) => On vient de voir un autre moyen de protéger les composés carbonylés ! =)

Transition : On a vu la nécessité de la protection. On a vu la protection des carbonyles.Mais il existe d’autres fonctions à protéger !

II. Protection des dérivés carbonylés et des alcools et phénols :application à la chimie des sucres (15’)

1) Protection des dérivés carbonylésOn a vu ça dans le I.T : construction d'un tableau type celui du Clayden

2) Protection des alcools et des phénols● réactivité à masquer Kociensky p.188

Caractère oxydable Nucléophilie de l’O Acidité (pKa (RO/ROH) = 16-18, 10 pour phénol)

Transition : beaucoup de GP disponibles ! On ne va en voir que quelques uns

● groupements protecteursKocienski p180-350 Remarque : tableau récap type Clayden avec les GP rencontrés, compléter une descolonnes :GP, structure, protège, contre, protection, déprotection.

a) Ester Bayle T2 : synthèse de la vaniline ROAc. Pas de mécanisme. Autre GP (Piv, …) : Kociensky Mais pas super groupement protecteur : en conditions basiques : saponification, ou

encore face à de bons nucléophiles, pb!

b) acétals *THP : Kociensky un des premiers GP des alcools, tjs utilisés..Avantages : cout, facilité de déprotection, stabilité. Désavantage : complexité desspectres RMN, introduction d’un centre stéréogène. Mécanisme protection. (mais pas déprotection car idem) ClaydenJustification de la protection. Nicolaou I : PROSTAGLANDINE application en synthèse totale. Dire pourquoi ondevait protéger.

*Autre GP : MOM Carey p.684

* De plus, on avait vu acétalisation permettait de protéger un carbonyle, mais on peutaussi faire l’inverse i.e. protéger un alcool par acétalisation ! Exemple Clayden p.1370 : sucre bloqué en pyranose par la protection, cela laisse unalcool libre.Comment pourrait-t-on protéger ce dernier alcool?

c) Ether Kociensky Benzyl, Trityl, insister sur déprotection par hydrogénation de Bn. Mécanisme protection et déprotection de Bn. Début du Kociensky

Suite ex Clayden p.1370 : déprotection acétal, protection de l'alcool primaire, restel'alcool qu'on voulait faire réagir.

Transition: on a vu des GP qui se clive soit en milieu acide soit basique => nouvelleméthode

d) Ether silylé TMS : ex de protection Kociensky p.194 Mécanisme. Mécanisme de déprotection avec Fluorures début Kociensky Autres GP : TBDMS, TBDPS, insister sur encombrement stérique Exemple Kocienskip.217 (TBDPS), sélectif! On ne touche pas aux autres groupementsprotecteurs! =)

Transition : Qu'en est-il des acides carboxyliques et des amines?

III. Protection des acides carboxyliques et des amines :application à la synthèse peptidique (15')

1) Réactivités à masquer et problématique

Position du pb sur la synthèse de l’aspartame ICO p.6832 aa => possibilité de former 4 produits ! Clayden p.651=> Il faut protéger

Nucléophilie et acidité/basicité des fonctions à masquer. Kociensky

2) GP des acides carboxyliques Ester (OMe, OBn, OtBu) : pas de mécanisme. Clayden p.652-653 + Kociensky Retour sur aspartame. ICO

3) GP des amines Clayden p.653 + Kociensky Amide possible mais déprotection trop dure => carbamates (Boc, Fmoc, Cbz), protection et déprotections orthogonales, mécanismesur Boc ou Fmoc. =>phtalimide permet de bloquer la "2ème" acidité de l'amine Kocienski p489

4) Synthèse de l'aspartame ICO p.682 Commenter étapes de synthèse. Activation de l’acide.

Conclusion : Bilan. Grande richesse des GP diapo tableau bilan, solution "provisoire" en attendant ledéveloppement de réactions plus sélectives. Insister sur orthogonalité.Utilisation d’enzymes => conditions + douces, + sélectifs… Ou : synthèse peptidique sur support solide.

LO 27 : Spectroscopie infrarouge : principe et application pour la détermination de structures

Niveau : L2Pré-requis : en physique : oscillateur harmonique, système conservation à un degré

de liberté, cas de 2 ressortsen chimie : spectro UV/visible, notion IR (lycée), calcul du nombre d'insaturation, modèle quantique de l'atome, quantification de l'énergie (lycée), effet mésomère/inductif, alcène

Biblio : Hprépa PC, Atkins, T&D PC, Silverstein, Rouessac, Rabasso T1, Clayden, Actualité chimique mars 2011 n°350

Introduction : Le chimiste organicien cherche à connaître la structure des molécules qu’il a synthétisépour l’aider il dispose de différents outils comme la spectroscopie UV-visible que nousavons déjà vu et également d'autres spectroscopie comme la spectroscopie infrarouge quiva nous intéressée pendant cette leçon. Il s'agit aussi une spectroscopie d’absorptioncomme la spectroscopie UV-visible mais à une autre échelle d'énergie.Frise avec échelles d'énergie + diagramme énergétique quantifiée. HP p.469 avec UV-visible, niveau électronique, transitions électroniques, les électrons « bougent ». Permetde faire des dosages et de remonter à des propriétés électroniques des molécules. Maisles molécules sont aussi composées de noyaux que l’on peut faire « bouger », ce quicorrespond à la vibration des molécules => spectroscopie vibrationnelle : on va voirspectroscopie vibrationnelle : comprendre comment ça fonctionne et l’exploiter pourdéterminer la structure des molécules. HPC’est un outil essentiel pour mettre en évidence la présence ou l’absence de certainesfonctions.

I. Principe physique de la spectroscopie IR (20')1) Cas des molécules diatomiques

T : on pose le problème avec les notations (distance entre les deux atomes, distanced’équilibre, masse réduite…). Développement de Taylor autour de la positiond’équilibre. On se limite au premier terme non nul (on peut poser E(r0)=0, dE/dr(r-r0) =0 car position d'équilibre) : Dérivée 2nde positive car équilibre stable. Analogie avec leressort. Atkins p.452 Dans le formalisme du mobile fictif, on introduit la pulsationpropre de l’oscillateur harmonique HP p.472 : Celle-ci est spécifique des atomes et aussicaractéristique de la liaison!! Et ça, c’est vraiment cool ! T : ordre de grandeur des constantes de raideurs des liaisons simples, doubles et triple

Rouessac p .204Idée : pour connaître la structure d’une molécule diatomique inconnue, il seraitintéressant de mesurer expérimentalement la pulsation propre. Mais comment ? On prend le cas d’une molécule diatomique hétéronucléaire. Il existe unmoment dipolaire. On fait apparaitre les charges partielles car χ différentes. On regardel’action d’un champ électrique dans deux directions différentes : les charges serapprochent ou se séparent. En prenant un champ oscillant à la bonne fréq on peutamener l’oscillateur à résonance : or à résonance on est à la pulsation propre ! :-D T : détermination de la nature du champ électrique (ODG de la longueur d’onde). Onvérifie qu’on est dans l’IR (≈ 8000 nm avec k = 1000 N/m et μ = 12 g/mol => on fait dela chimie orga, donc on prend la masse du carbone !).

Transition : Tout ça c’est trop cool, mais en orga on s’intéresse rarement à des moléculesdiatomiques !

2) Cas des molécules plus complexesMolécule polyatomique = réseau d’oscillateurs harmoniques couplés entre eux. Ladescription est donc plus compliquée ! En physique, on voit qu’on peut découpler unproblème de deux oscillateurs couplés en introduisant la notion de mode propre. Chaquemode est alors associé à une fréq caractéristique. Pour les molécules c’est pareil ! HPp.473Gabedit : On montre les modes normaux de vibration calculés pour la moléculed’acétaldéhyde. Il en existe de deux types : MNV d’élongation et MNV de déformation.On fait remarquer que certains MNV ne font intervenir que deux atomes. La formule dela pulsation propre marche donc encore assez bien ! OU flexcam : montrer MNV du H2OIntroduction de la loi de Hooke. TD p.250 Nombre d’onde. ODG du nb d’onde. HPp.474Attention, pour que l’excitation ait effectivement lieu, il faut une variation de momentdipolaire (comme on l’a vu dans le cas diatomique). Retour sur l'exemple de H2O : Modes symétrique et antisymétrique. HP

Rappel, on a vu le modèle classique mais attention, se rappeler de la dimensionquantique

Transition : Maintenant qu'on a compris ça, on va pouvoir voir comment on peutrecueillir ces infornations.

II. Recueillir l'information structurale (10')1) Enregistrement d'un spectre

Sur transparent : principe de fonctionnement d’un spectro à transmission et d’un spectroà réflexion. Rouessac p. 216 Mesure de la transmittance, lien avec absorbance (déjàconnue en UV-vis). HP p.470 On peut faire des dosages avec des spectro à transmission,

mais pas avec des spectro à réflexion. Quand il y a résonance, de l’énergie est absorbée,la transmittance chute drastiquement. Blanc : spectre de l'air.Exemple : Allure d’un spectre. HPRemarque : on observe bande et pas raie car, transitions entre niveaux vibrationnelss'accompagnent aussi de transition entre niveaux rotationnels. HP

2) Bandes caractéristiquesFlexcam : Spectres de MeOH et EtOH Silverstein p.151On fait remarquer la forte similitude du spectre et des structures. Reste à établir le lien ! T : 4 grandes régions du spectre Clayden p.67 + Rabasso p.550. Interprétation avec laloi de Hooke. Zone des empruntes digitales. T : tables des bandes caractéristiques. Vous en avez déjà vu : Commentaires surévolution de certains nombres d'onde : – O-H libre VS liée HP PC/PC* p 503– Amine primaire : mode symétrique et antisymétrique Rabasso p.561– Commentaire sur évolution de la bande de vibration d'élongation de la C=O pour

dérivés carbonylés, acides carboxyliques et dérivés d'acide. HP p.474 + Rabasso– triple liaisons CC vs triple liaison CN : forte variation du moment dipolaire

Montrer des spectres illustratifs

Transition : maintenant qu'on a obtenu ces spectres, on va les exploiter!

III. Exploitation et interprétation des spectres (20')1) Spectre d'une molécule inconnue

* Flexcam : exemple HP ex6 p504 Calcul du nombre d’insaturation. Commentaire sur la OH très basse (elle se superposeaux CH) : les dimères d’acide carbo font les liaisons hydrogènes très efficaces !Affaiblissement de la liaison + loi de Hooke. * Flexcam : exemple Clayden p73 Malgré le spectre, on ne peut pas déterminercomplètement la structre ! NB : on peut aller plus loin que le Clayden, en interprétant les bandes à 1400 cm-1 : gemdiméthyl (cf. Rabasso)

Transition : ne permet pas de déteminer toute la structure mais essentiel pour mettre enévidence la présence ou l’absence de certaines fonctions, très utiles quand on a une idéede la structure et qu'on veut vérifier si on a le bon produit.

2) Suivi de réactionIR permet de déteminer la structure du produit de notre réaction. Vérification réactiontotale ou pas.

* Flexcam : oxydation de l’isobornéol en camphre par oxone Grüber p415 disparition O-H, apparition C=O : la réaction a bien marché !

• Flexcam : hydrogénation catalytique, disparition de la triple liaison CC, apparition de la double + alcène Z et pas E. Actualité chimique mars 2011 p.44

Transition : permet de vérifier produit mais permet aussi de vérifier la pureté d'un réactifavant de l'utiliser pour une réaction

3) Contrôle de qualité d'un composéUn anhydride peut s'hydrolyser avec l'humidité de l'air. Ca peut poser problème si on abesoin de structure de l'anhydride pour notre réaction.Flexcam : spectre d’un anhydride Rabasso T1 p.562. On voit qu’il n’est pas hydrolysé !On en profite pour commenter la structure dédoublée de la bande à 1700 cm-1 (modessymétriques et antisymétrique).

Transition : permet aussi de réfléchir à des mécanismes réactionnels.

4) Elucidation mécanistique (si le temps)T : réaction photochimique Carey T1 p.222. Il est postulé qu’on passe par un cétèneintermédiaire. Expérimentalement, au cours de l’irradiation un signal à 2118 cm-1 apparait puisdisparaît. C’est caractéristique des cétènes ! Conformation expérimentale du mécanismepostulé

Conclusion : L’IR c’est trop génial. On n’a plus besoin des tests caractéristiques qui détruisent notreproduit ! Problème : si on a vraiment aucune idée de la structure, on n’a pas accès àl’enchaînement des atomes de carbones avec cette spectro. C’est pourquoi la prochaineleçon porte sur la RMN.

Ou : ouverture sur la femtospectro mais je préfère RMN

LO 28 : Spectroscopie RMN 1H : principe et utilisation pour la détermination de structure

Niveau : L2Pré-requis : Spectroscopie UV-visible et IR, Spin électronique, Magnétostatique,

Effet inductif / Mésomère, répartition de Boltzmann Biblio : T&D PC, HP PC, Fribolin, Canet, Siverstain, Atkins, Clayden,

Rouessac, Vollhardt

Introduction : Rouessac p.320 En chimie organique on a besoin de déterminer la structure des molécules qu’on asynthétisé. UV-visible et IR ; infos structurales mais pas détermination complète destructure… Au lycée vous avez vu une autre spectro : RMN, premiers travaux par Bloch et Purcellen 1945 (Prix Nobel 1952). On a comprendre aujourd’hui comment ça marche. Spectre du chlorure d’éthane Silverstein p.180 On va chercher à expliquer ce spectre au cours de la leçon

I. Principe de la RMN (15')1) Notion de spin nucléaire

HP p.478 + Atkins a) Présentation

* On avait vu le moment de spin de l'électron S, (degré de liberté interne à l'électron).Proton et neutron ont aussi un spin => on a un spin nucléaire. * Notion de spin nucléaire, noté par un vecteur I. Différents cas envisageables. I possède les mêmes propriétés que S

Conditions de quantification : I² (norme) et Iz (projection selon un axe qcq) sont quantifiés. Formules. I entier ou demi entier. T : valeurs de I pour différents noyaux, différents I pour différents isotopes. Remarque : propriétés du noyau => spin nucléaire modifié entre H et D. HP p.478 Pour la RMN, on veut I≠0. => Noyaux étudiables en RMN. Proton très utilisé car I≠0et très abondant. On va surtout s’y intéresser dans la suite.

b) Interaction avec un champ magnétique *Moment magnétique : μ=γI γ : rapport gyromagnétique, valeurs Atkins p. 1014

Noyau = petit aimant de moment magnétique μ -> peut interagir avec un champmagnétique B0 avec une énergie d’interaction : E = -μ.B0

Si B0 selon z alors E = -γmIhB0

Transition : à partir de maintenant on ne s’intéresse qu’au proton, très utilisé en chimie.

2) Cas du proton H prépa p.479 * I=1/2 => mI= + ½ ou-1/2 2 états α (parallèle) et β (antiparallèle), levée de dégénérescence ΔE = hγB0, applicationnumérique pour 11.74T * RMN : transition entre état α et β. Fréquence de Larmor : déf, expression. Spectreélectromagnétique pour montrer le domaine des radiofréquences Atkins p.244 * Mais dans un échantillon on n’a jamais qu’un seul spin. Description de la répartitionpar la statistique Boltzmann. AN pour 11.74T. Intensité du signal dépend de la différencede population ; calcul type Boltzman. * Champ intense : meilleure résolution Spectre de l’aspirine à 90 et 400 MHz Rouessac p.341

Transition : Un peu plus de spin up que down => petite aimantation selon uz. Idée : pourla détecter on va la faire basculer dans xOy. Comment faire cela ?

3) Mise en oeuvre expérimentale Rouessac p.329-331, H prépa p.480 , Canet, Silverstein, T&D* Schéma (mélange du Rouessac p.331 et H prépa p.480)* On va appliquer un champ B1 perpendiculaire à B0. ODG de B1. Ce champ permet sila fréquence et le temps d’impulsion sont corrects d’amener l’aimantation dans le planxOy.Puis on enlève B1. L’aimantation revient en B0 = précession. On va détecter cetteprécession.On détecte la relaxation, on fait la TF du signal temporel. Petit schéma.* Echantillon : solvant, sonde. HP

Transition : on a compris comment on peut avoir un signal. Mais on voit que le spectrede l’intro que plusieurs pics. Pq ? Comment interpréter ? Quelles sont les axes duspectre?

II. Paramètres d’un spectre RMN (15’)1) Déplacement chimique

Rouessac p.332, Tec & Doc p.258* Effet de l’environnement chimique du proton (permet de distinguer les différentsprotons d’une molécule). Le nuage électronique induit localement par son mouvementun faible champ induit qui s’oppose au champ appliqué (loi de Lenz).Schéma Tec & Doc p.258

Déf de la constante d’écran, nouvelle fréquence de résonance différente de celle deLarmorPb : fréquence de résonance dépend du champ appliqué.* Pour avoir qqch d’intrinsèque, on définit une échelle relative de déplacement chimique(expression, référence=TMS). => ppm* Retour au spectre d’intro (5 protons mais seulement 2 signaux car chimiquementéquivalents)Blindage et déblindage ; définition ; influence des atomes proches : si atomeélectronégatif, proton déblindé. Idem si –I ou –M. Protons isochrones.*Valeurs de déplacement chimique en fonction de l’électronégativité Vollhard p.400 ouHPRetour spectre intro (CH2 plus déblindé que CH3)

Transition : Pourquoi des pics plus grands que d’autres ?

2) Intégration Tec & Doc p.262 HP Aire sous le pic proportionnelle au nombre de protons équivalents.Le spectromètre superpose au spectre la courbe d’intégration transformant les aires enhauteurs Retour spectre d’intro

3) Couplage spin-spin Tec & Doc. 262 et H prépa p.490 * 2 aimants l’un à côté de l’autre interagissent, de même pour deux spins ; système AX Constante de couplage = écart entre les deux fréquences de résonance, en Hz,indépendante de B0 ; dépend du nombre de liaisons entre les deux protons ; couplage 2J,3J, 4J * Pas de couplage entre protons équivalents car entrent en résonance simultanément Généralisation : règle des « n+1 » et triangle de Pascal * Retour au spectre d’intro

III. Application à la détermination de structures (20’) 1) Composé aliphatique Tec & Doc exercice 3 p.275 (correction p.278)

Insaturation. Attributions des déplacements chimiques, multiplicités, intégrations Tec &Doc p.261

2) Composé aromatique H prépa exercice 15 p.506 (correction p.801) T courant de cycle : schéma Atkins p.524 et Rouessac p.336

3) Détermination de stéréochimie Exemples : hydrogénation catalytique Actualité chimique, Horner Wadsworth EmmonsGrüberValeurs de constantes de couplage H prépa p.492

Conclusion : Atkins + Rouessac

Méthode performante pour l’analyse structurale surtout quand couplée à d’autrestechniques (IR) Importance en biochimie (structure des protéines par RMN multidimensionnelle) et enmédecine (IRM cf Atkins).

LO 29 : Différents modèles de réactivité en chimie organique

Niveau : L2Pré-requis : Chimie organique de L1 (RMgX, C=O), Hückel, théorie des OM,

angle de Burgi-Dunitz,Biblio : Lalande PC, Tout-en-un PC, TD PC, ICO, Loupy, Carey T2,

Introduction : * Objectif du chimiste : contrôler un maximum les produits formés par réaction donnée.Régio-stéréo-chimio-sélectivité.* Peut-on prédire la réactivité? Peut-on orienter une réaction en jouant sur les paramètresexpérimentaux? Il faut développer des modèles permettant de justifier les observationsexpérimentales et généraliser à plusieurs types de réactions pour pouvoir ensuite essayerde les prédire.

I. Déroulement d'une réaction chimique1) Contrôle cinétique et contrôle thermodynamique

* Rappels sur les notions de contrôle thermo et cinétique Lalande p.85 + HP p.518 +Tout-en-un PCNe pas opposer complétement les 2 contrôles, parfois ils vont dans le même sens mais cen'est pas vraiment ce qui nous intéresse, on veut compétition pour pouvoir choisir.T : Equations, hypothèses et calcul final pour chaque contrôle (ne pas détailler calculs)

* Définition propre de contrôle thermo et cinétique LalandeParamètre discriminant : le tempsD'autres paramètres influencent indirectement cette discrimination, comme latempérature : si T augmente, vitesse augmente dans les deux sens de l'équilibre => onatteint plus vite l'équilibre.Contrôle thermo : sélectivité subie : on obtient le produit le plus stable, on ne peut pasmodifier la thermo.Contrôle cinétique : on obtient le produit qui se forme le plus vite => ici on va pouvoirjouer sur des paramètres, c'est celui qui va nous intéresser par la suite.

Transition : On va voir dans la suite qu'avec les conditions expérimentales, on peut« choisir » quel est le produit qui se forme le plus vite. Mais d'abord, quels sont les outilsdu contrôle cinétique?

2) Postulat de Hammond Lalande, ICO * Enoncé Lalande p.90* Etat de transition tardif et précoce + schéma sur transparent* Intérêt du postulat => Difficile d'avoir des infos sur les états de transiton (faible duréede vie) => On raisonne sur les espèces les plus proches des ET.

3) Rationnalisation de la réactivité* Une molécule est d'autant plus réactive que la vitesse associée à la réaction est grande,i.e. Ea petite.* Il faut donc s'intéresser à la stabilité des ET.Différents raisonnements selon qu'on ait un état de transition précoce ou tardif.- ET tardif : on raisonne directement sur l'intermédiaire réactionnel- ET précoce : il faut raisonner sur l'approche des réactifLorsque deux réactifs s'approchent, divers type d'interactions, répulsives ou attractviesapparaissent, selon le bilan énergétique, ces espèces chimiques continuent de serapprocher jusqu'à former ET et il y a réaction ou elles finissent par se repousser.Expression de l'énergie prenant en compte ces diverses interactions : ICO p.145Equation de Klopman et Salem simplifiée : ΔE = ΔEstérique + ΔEorb + ΔEélectrostatOrigine des trois termes de l'équation.

II. Modèle de réactivité en contrôle cinétique1) Etats de transition tardifs

Addition électronique ionique Lalande p.91Pour connaître le chemin le plus rapide : on classe les IR. Cela justifie la règle deMarkovnikov.Schéma des IR, exemples.

2) Etat de transition précoce Lalande + ICO p.145On regarde l'approche des réactifs en espérant avoir des infos sur l'ETLors de l'approche, les molécules se repoussent (nuages électroniques en visu) : il fauttrouver un moyen de limiter cette répulsion ou de trouver des interactions stabilisantes.Il faut faire l'hypothèse de non croisement.Retour équation de Klopman et Salem : on va étudier les cas limites où l'une desinteractions l'emporte.

a) modèle de contrôle stérique* Exemple de la réduction du camphre : présenter le bilan de la réaction ICO p.583On obtient le produit le moins stable => prouve le contrôle cinétique.Contrôle stérique souvent supérieur aux 2 autres. Exemple: réduction du camphre ICOp.583Explication avec modèle moléculaire, proportion, vérif contrôle stérique, changement deMe en H, inversion de sélectivité, réducteur plus encombré renforce la sélectivité.

On limite la répulsion stérique lors de l'approche.* Autre exemple : hydroboration : ICO Exemple

b) modèle de contrôle de charge* Exemple : Addition d'un RLi sur une α-énone. TD p.5122 sites réactifs : dessiner les formes mésomères de l'acroléine au tableau.Hulis : calcul de charge du système πR-Li très polarisée => addition 1,2

* Exemple : Addition de HBr radicalaire sur un alcène Lalande

c) Modèle de contrôle orbitalaireApproximation des orbitales frontières, HO/BV, interactions prépondérantes, théorèmede Fukui ICO p.135 + LalandeExemple : Diels-Alder, régio et stéréosélectivité ICO p.240

III. Compétition entre les différents modèles de réactivité1) Régiosélectivité de l'attaque d'un organométallique

TD + HPDifférence de régiosélectivité entre RLi, R2CuLi, RMgX =>différents types de contrôleselon le réactifs.On a vu contrôle de charge pour RLi, attaque en 1,4 ne peut pas s'expliquer avec chargeHP p.640Rappeler HSAB : dur-dur : contrôle de charge, mou-mou : contrôle orbitalaire.Calculs Hulis charges et orbialaires.

2) C/O-alkylation Loupy p.143 + Carey T2 p. 24 + TDImportance du solvant, du groupe partant... détailler plus ou moins selon le temps qu'ilreste. Suivre le Loupy

Conclusion : Bilan + on a présenté des modèles limites, mais on ne peut pas trancher si simplemententre les différents modèles. Exemple hydroboration, contrôle principal stérique maiscontrôle stérique modulé par les effets électroniques. ICO => limites des moldèles (peut-être discuter de la limites de des addition 1,4)La discussion est complexe, il faut tout prendre en compte. Cependant, cela reste trèsutile car fonctionne bien en général et le raisonnement est assez simple.

LO 30 : Molécules chirales : obtention et intérêt

Niveau : L3Pré-requis : Stéréochimie/stéréodescripteurs, Chimie organique de base, énolates,

Notion de sélectivité, Prochiralité, Diagrammes binaires Biblio : Clayden (chap 45 = la leçon…), Collet (Molécules chirales, très bien

surtout pour les binaires), Rabasso (Hétéroélément, stratégie de synthèse et chimie organométallique), ICO (ex industriel avec rendement), Eliel (p.397), Kürti, OCP Procter, ,Chirality in industry (grande BU)

Intro : Déf : - Molécule chirale : non superposable à son image dans un miroir - Couple d’énantiomères : 2 molécules images l’une de l’autre dans un miroir mais nonsuperposables (exemple avec modèles moléculaires), - Mélange racémique. Enantiomères indiscernables tant qu’on ne les met pas dans un environnement chiral. Exemples et intérêt d’avoir un énantiomère par rapport à l’autre. Molécules naturelles : énantiopures et parfums discernables par le nez : récepteurschiraux dans le nez. Exemples de médicaments et parfums, saveurs sur transparent (ICOp483 et 85, JCE, Clayden p.1120, Collet p.180)

I. Fond commun chiral : centres chiraux naturels1) A partir d'acides aminés

* Synthèse du (S)-(-)-ipsénol (phéromone de scarabée) à partir de la (S)-(-)-Leucine.Clayden p.1222-1223* Présentation au tableau de la rétosynthèse * Synthèse sur transparent avec 2 inversions par SN2 => rétention de configuration * Présenter la synthèse de l’oxazolidinone d’Evans à partir de la noréphédrine qui sertdans le II. => le pool chiral est un outil pour la synthèse assymétrique. Au tableauRabasso p.306 + Clayden p.1228

Pointer du doigt la non disponibilité de certain aa, notamment D Pointer du doigt le fait que toutes les étapes de la synthèse doivent conserverl’information chirale, pas d’épimérisation !

2) A partir de sucres Clayden p.1223 : Sulcatol (autre phéromone de scarabée) : R/S = 65/35 Synthèse du (R) à partir du désoxyribose, difficile d'obtenir le (S) (ne pas présenter toutela synthèse, juste la rétrosynthèse au tableau ?) Pointer du doigt la non disponibilité de certain sucres, notamment L.

Dans le cas des sucres, il arrive souvent qu’on enlève des centres stéréogènes ; il faut lesavoir et il faut aussi pouvoir expliquer comment on fait ça. Il est également intéressantde présenter un exemple avec inversion de configuration ou un avec rétention (i.e.double inversion)

Transition : il nous faut donc développer des outils afin de synthétiser un énantiomèressélectivement par rapport à l’autre…

II. Synthèse asymétrique Synthèse d’un seul des deux énantiomères à partir d’un substrat prochiral. S’aider de diagrammes énergétiques pour justifier le sens de la réaction.

1) But : dissymétriser l’état de transition Clayden p1225* Transparent diagramme énergétique * Contrôle cinétique. Si ET énantiomères : mélange racémique à la fin. => Passage par des ET diastéréoisomères, profil dissymétrique => obtention d’unénantiomère majoritaire à la fin.

* Caractérisation de l’efficacité de la réaction avec l’excès énantiomérique : rappel dela définition du ee. * Il faut une source de chiralité dans le milieu si on veut une molécule chirale à la fin.Pas de création de chiralité, INDUCTION. Attention aux schémas (abscisse et ordonnée) : représentation microscopique(Ep=f(CR)) ou représentation macroscopique (ordonnée : enthalpie libre ; pasd’abscisse)

Transition : mais comment dissymétriser ?

2) Réactif ou substrat chiralSubstrat chiral : Clayden p.890 synthèse de la dolastatine R + S* ->P* (substrat S = « grosse molécule » ; réactif R = “petite molécule”) Réaction diastéréosélective Comment expliquer la sélectivité ? Modèle de Felkin-Anh au tableau pour expliquer la stéréosélectivité de la première étapeOCP Procter p27, attaque selon l’angle de Burgi-Dunitz, schéma synthétique sur

transparent. Possibilité de faire une partir réactif chiral : Brückner p.99 : S + R* -> P*

3) Auxiliaire chiral Kurti p 163 + Rabasso p.305 pour infos sur les copules.R + Aux* -> R-Aux* puis R-Aux* + S -> P-Aux* puis P-Aux* -> P + Aux* Si 1ère étape de la synthèse, pas forcément de centre chiral sur la molécule : utilisationd’auxiliaire de chiralité, oxazolidinone d’Evans (1979). Exemple de la synthèse de la Glucolipsine A (activateur de la glucokinase) surtransparent. Kurti, Evans Adol reaction / RabassoRéaction énantiosélective, dessin d’un ET Zimmermann-Traxler au tableau. Copulechirale orientée pour minimiser le moment dipolaire. Présenter les autres sur T pour bien expliquer lequel est favorisé => énolate Z majoritaire donc syn, et un seul des syn car copule. Chiralité apportée parla copule chirale dans ce cas.

Elimination de la copule chirale par 3 méthodes : RabassoLiAlH4 pour alcool, LiOR pour ester, LiOH/H3O+ pour acide carboxylique. Formationde 2 nouveaux centres asymétriques. (Autre exemple : Clayden p.1226-1230)

Transition : ici ma molécule attachée (copule). Il serait intéressant d’introduire en petitequantité si coûte cher.

4) Catalyseur chiral Clayden p 1236R + S -> P* en présence de C* L-DOPA (traitement de Parkinson, énantiomère toxique) obtenue par hydrogénationcatalytique d’un précurseur en présence d’un catalyseur chiral. ICO p.190Rétrosynthèse au tableau

Transparent : synthèse utilisation d’un catalyseur avec un ligand chiral.

Comment la présence du ligand permet la sélectivité désirée ? Transparent Contrôle cinétique

Transition : pour certaines réactions on n’a pas trouvé le moyen de les rendreénantiosélectives. Peut coûter cher … => synthèse racémique puis séparation desénantiomères = dédoublement racémique.

III. Dédoublement racémiqueAttention résolution est le mot anglais, à éviter. Dire qu’une fois qu’on a séparé :attention à ne pas épimériser. Avantages de ces techniques : facilité de mise en oeuvre,

coût faible. Pb : marchent au cas par cas, s’il n’est pas possible d’isomériserl’énantiomère qui ne présente pas d’intérêt pour le recycler le rendement ne dépasse pas50%.

1) Cristallisation Collet p.181 environ + ICO p.87 environ Exemple historique mais faible champ d’application. Propriétés des énantiomères identiques mais propriétés des cristaux différentes. T : Définition de racémique vrai, conglomérat, pseudoracémique et schémas =>Séparation d’un conglomérat par cristallisation simultanée des 2

Enantiomères : solution sursaturée. Si pas de précaution particulière : tri à la main, cfPasteur => pas exploitable industriellement=> ensemencer la solution sursaturée.schémas du binaire et du réacteur industriel sur transparent ICO p89

Transition : conglomérat : slt 4% des cas, que faire dans autres cas ?

=> Purification par cristallisation fractionnée d’un racémique vrai : à partir d’un mélangescalémique (composition ni racémique ni énantiopur), exemple de l’acide mandéliqueICO p 90, présentation du diagramme binaire T et calcul du rendement max enénantiomère

Transition : Mais ne marche pas si on n’est pas bien placé sur le diagramme au départ.Le rendement d’obtention d’un énantiomère pur d’un composé racémique à partir d’unmélange partiellement enrichi dépend étroitement de la composition de ce mélange et del’allure du diagramme binaire liquide/solide des énantiomères… => ne peut pas marcherpour tous les cas.

Attention : pour le diagramme binaire du racémique vrai, celui projeté est incomplet etperd de son intérêt ; pour être plus précis que lors de la correction orale, on refroidit unmélange de composition x > 0,6 et on cristallise uniquement un énantiomère jusqu’à ceque le liquide ait la composition de l’eutectique : on arrête la cristallisation à cemoment-là pour éviter de cristalliser cet eutectique.

2) Chromatographie chirale Collet p 228Solution efficace mais coûteuse et limitée en échelle. HPLC = High Performance Liquid Chromatography. Phase stationnaire ou mobile chirale, souvent phase stationnaire. Interactions diastéréoisomères entre colonne et énantiomères : au tableau de manièreschématique. Mesure de l’ee en sortie de colonne. Différent type de colonne selon ce qu’on veut séparer Flexcam : montrer différentes phases et utilisation. Parler des cyclodextrines (polyoses),

les plus simples et très utilisées car peu chères. Transition : techniques vues se basent sur la formation d’un produit contenant les 2énantiomères puis séparation. Autre possibilité : jouer sur la cinétique pour avoir unénantiomères plutôt qu’un autre.

3) Dédoublement cinétiquePrincipe Conditions de contrôle cinétique. Exemple du sulcatol, dédoublé par estérification catalysée par une lipase Eliel p418. Schéma disymétrisant les états de transition.

S’aider d’un diagramme énergétique pour justifier le sens de la réaction. Attention àl’abscisse : faire partir l’origine de la coordonnée réactionnelle du centre dudiagramme si on veut en dessiner une Attention à ne pas mettre R et S au même niveau

Rendement max = 50% => on peut améliorer la méthode en passant par undédoublement dynamique, à la condition que l’autre énantiomère ne nous intéresse pas.

4) Dédoublement dynamique (si on a le temps) Eliel

5) Formation de diastéréoisomères (-+)A + (+)B* =>(++)A-B* + (-+)A-B* énantiomères =>diastéréoisomères Séparation des diastéréoisomères et récupération de A pur par réaction de coupure. 2 réactions supplémentaires => doivent être quantitatives. Exemple : séparation des énantiomères d’un acide aminé synthétisé par la méthode deStrecker. Dédoublement avec le mentholate de sodium Clayden p 401)On ne crée pas de chiralité : 2 réactifs achiraux =>mélange racémique

Autres méthodes : CPG chirale, colonnes avec complexes par composés métalliques,Calorimétrie (Collet p233), complexes d’inclusion (ICO p92), résolution dynamique(épimérisation 50% restants)

Conclusion : T : Bilan des 3 méthodes avec avantages et inconvénients de chacune. Collet p 216 +Clayden p.1243Parler de coût et de quantité (=> industrie) Ouverture sur l’origine de la chiralité, toujours inconnue à l’heure actuelle. Claydenp.400

LO 31 : Des acides aminés aux peptides

Niveau : L3Pré-requis : Base de biologie, A/B diagramme de prédominance, protection et

groupements protecteurs, nomenclature de Fischer Biblio : Clayden, OCP7 « Amino Acid and Peptide Synthesis », Vollhardt,

Rabasso I, Berg, Voet, ICO,

Intro : OCP(introduction) Définition des termes, intérêts, exemples. AA = brique élémentaire du monde vivant. Grâce à ces AA on peut former des peptides -> définition (- de 50 aa, souvent un rajouteun préfixe pour dire combien d’aa dans le peptide, ex dipeptide, tripeptide…), puis desprotéines -> définition (+ de 50 aa, macromolécule) => Enzymes, protéines, hormones, tissus, peptides de défense toxiques sécrétés par bcpd’insectes ou d’animaux, médicaments… Ex : aspartame (ICO p.683), vasopressin (OCP) oxytocine (Clayden) et utilisation … => Besoin énorme d’aa et de peptides : traitement médical, alimentation,…

Objectif : mieux comprendre ce que sont les aa, leurs propiétés et comment lechimiste peut les utiliser pour former des peptides.

I. Les acides aminés (15')1) Présentation

Rabasso, Stryer On se limite au α aa car c’est ceux qui entre dans la formation des peptides… Acide -> COOH, Aminé -> NH2 ; α -> structure Chaine latérale Mis à part pour la glycine ou R=H, on voit déjà que chiralité possible : isomère L etisomère D. Dans le corps humains : seulement des L, 20 aa différents. (Remarque : les peptidestoxiques contiennent des D et des L, les D ne sont pas reconnus par l’homme => toxicitéOCP) Flexcam ou T : quelques aa.

*Classement des aa selon la nature de leur R -chaine aliphatique et ex -chaine aromatique et ex

-chaine avec hétéroatome et ex. => ptés structurales, réactivité…

*C(α) est S sauf pour la cystéine. *1 seul aa avec amine 2daire : proline. *viennent de l’alimentation car notre corps de sait pas les synthétiser

Transition : on voit qu’ils ont une fonction acide et une amine => quelle va-t-être laréactivité?

2) Réactivité Rabasso, Stryer

a) Acido-basique ● De la fonction aminoacide

AA = composés amphotères pKa du groupement amine pKa(R-COOH/R-COO-)=4-5 d’habitude. Pour les aa = 2 (effet inductif attracteur del’amine + liaison H stabilisant la forme acide) Donner des valeurs précises ! Diagramme de prédominance => à pH=7 zwitterion. pI : modulé par les chaines latérale !

● Des chaines latérales Donner des ex précis avec pKa.

b) Nucléophilie électrophilie DNL du N : nucléphilie. C du COOH : électrophilie

Transition : on a dit que aa importants. Comment peut-on les synthétiser ?

3) Synthèse (à adapter selon le temps) Vollhardt, OCP, Rabasso AA : Additif alimentaires, matériel de départ pour synthèse de peptides… (OCP). Soitsynthèse du racémique puis dédoublement, soit synthèse assymétrique. (-Synthèse de Hell-Volhard-Zelinsky : pas très bon rendement.) -Synthèse de Strecker tableau -Synthèse de Gabriel T => nécessité d’un dédoublement : critallisation : OCP

Transition : et si on les assemblait maintenant ?

II. Les peptides (10') 1) La liaison peptidique

Stryer Schéma de formation d’un dipeptide. Définition de la liaison peptidique : liaison amide entre 2 aa. Forme mésomères et conséquences - Liaison localement plane - O + riche en électrons - Amide cis et trans. La plupart du temps sera trans pour des raisons de gènes stériques(remarque : pour la proline on a environ idem de cis et trans => importance sur lastructure).

Transition : on a un dipeptide, et si on continue d’ajouter des aa comment décrire lachaine résultante ?

2) De la chaîne polypeptidique à la structure 3D Stryer Vollhardt (+ OCP) Structure -I (définition extréminé N et C term), -II, - III (ex de la vasopressine : pont disulfure (OCP) ou l’insuline + structure : Vollhardt) -IV (ex de l’insuline, Stryer p.36). Remarque : la forme est importante en bio, ce sont les enzymes qui s’occupent de lamise en forme. Trop compliqué pour le chimiste !

III. La synthèse peptidique (20') 1) Position du pb

Vollhardt Claydenp.651 OCP

* Régiosélectivité, schéma : à partir de 2 aa on peut obtenir 4 produits ! => il va nousfalloir des GP pour amine et acide carbox. Idéalement orthogonaux pour qu’on puissejouer selon ce qu’on veut sur une extrémité ou l’autre. * Activation de l’acide (sinon on a d’abord formation de sels et donc pour faire lecouplage il faudrait de très hautes T ce qui n’est pas compatibles avec d’autresgroupements fonctionnels…, OCP).

* Epimérisation => On va voir ça sur un exemple !

Remarque : ne pas hésiter à employer le nom couplage peptidique.

2) Stratégie de synthèse : ex de la synthèse de l’aspartame Claydenp.651 OCP ICO T : synthèse globale de l’aspartame. Bien montrer la stratégie de synthèse. Mécanisme de protection d’une amine par CbZ. Autre type de GP T. (Fmoc,groupements benzylés…) Protection de l’acide carboxylique. Mécanisme de formation de l’ester activé (utilisation de DCC). Mécanisme de déprotection. Parler d’orthogonalité. => T avec GP, conditions de protection et de déprotection

Bien préciser à chaque fois quelle réactivité on masque (nucléophilie de l’amine…) etcomment elle est masquée (dans un carbamate l’azote n’est plus nucléophile, cf formesmésomères) Bilan sur la stratégie de synthèse : schéma avec grandes étapes

3) Synthèse sur support solide OCP Merrifield Stryer p.92 (utilisation du Fmoc !) Sheppard. Vollhardt p.1215 + Clayden p.658 Ex de l’oxytocine ICO p.684 + Clayden p.652

Conclusion :BilanOuverture sur les protéines, enzymes et réactions avec enzymes (synthèse del’aspartame)…

LO 32 : Les composés organophosporés

Niveau : L3Pré-requis : Chimie organique de base (électrophile/nucléophile, SN, redox,

ac/base) -contrôles cinétique et thermodynamique- les amines, les alcènes, dérivés carbonylés, RMN1H, complexes,

Biblio : Quin, Emsley The Element, Rabasso Hétéroélément, Clayden, Astruc, ICO, T&D PC, Kürti, Carey T2

Intro : Quin p.2La chimie du phosphore est a priori peu connue mais très vaste. On rencontre beaucoupcet élément dans les engrais sous forme de phosphite/phosphate c’est-à-dire descomposés inorganiques (P lié à des hétéroatomes). Nous on va s’intéresser au P au seinde composés organiques. Définition organophosphoré (parallèle avec organométallique :présence d’une liaison C-P. Ce sont aussi des composés très utilisés en chimie. Exemplessur transparent (labo : catalyseur BINAP Quin p75, ou à plus grande échelle domainemédecine Quin p364 antihypertension ou herbicide Quin p372.Objectif : comprendre l’intérêt qu’on porte à ses composés en étudiant leurs propriétéset réactivité.

I. Propriétés des composés organophosphorés (10')1) Le phosphore

* P dans le CP, même colonne de N : même configuration de valence, 3s² 3p 3 , formulede Lewis, hypervalence possible et pour les composés trivalents géometrie Td autour duphosphore. * Autre propriété intrinsèque du phosphore : un seul isotope, assez abondant, de spinnucléaire ½ c’est intéressant en chimie pour l’analyse des composés phosphorés enRMN, ça fonctionne comme pour le proton c’est cool ! Emsley + Rabasso p 22

Transition : cette spectroscopie permet de classer les différents composés dansphosphore entre eux. Axes en ppm de RMN Quin p.174 + nomenclature des composésRabasso p.22

2) Propriétés chimiques des composés organophosphorés* Electronégativité Emsley comparée de C, N et P, χC entre χP et χN => liaisonpolarisée, énergie de la liaison C-P.

* Chiralité Rabasso p23 + ICO

* Structure électronique : plein de degre d’oxydation accessibles Rabassop23 , ça traduit

les propriétés redox. Energie de liaison P-O et P=O Emsley

* Doublet libre : propriétés nucléophiles, base de lewis (utilisé en catalyse) et acide/ baseBrönsted, on utilise rarement cette basicité sur le P mais plutôt celle en alpha qui est bienplus importante donner des pKa Rabasso2 les pKa des phosphonium sont ds la partie surWittig

Transition : on connait un peu mieux les propriétés du phosphore et de ces composés voyons comment les utiliser en synthèse.

II. Réactivité intrinsèque au phosphore (20')1) Base de Lewis

Catalyseur de Wilkinson, exemple ICO p.189Mécanisme : cycle? Astruc p354 + OCP 6 p54 Labilité du ligandMais encore plus important => stéréosélectivité possible avec des ligands plus élaborés.Exemple catalyse asymétrique : L-DOPA Astruc p357 + ICOp.190 intérêt médicamentcontre la maladie de Parkinson. Clayden p.1236

2) Nucléophilie et électrophilie du Pa) Halogénation de Mukayama

Bilan. Mécanisme. Rabasso p.26Exemple ICO p.400+ Carey p.127

Transition : P permet de passer d'un alcool à un dérivé halogéné mais permet aussi decréer un ester avec changement de configuration.

b) Estérification de MitsunobuBilan au tableau. Mécanisme sur transparent avec ajout de flèches. Inversion de configuration due a uneétape SN2, application en synthèse totale pour avoir bonne sélectivité. Rabasso p.31Inversion de configuration d'alcool après saponification. Exemple ICO p.406 + Careyp.135

c) Réaction de StaudingerBilan : il y a réduction Kürti p.24Mécanisme au tableau, attaque nucléophile , formation d’un cycle à 4 centres et on voitdéjà d’un doublement liés, on va former du N2 par rétrocycloaddition. Obtention d’uniminophosphorane qui est hydrolysé (analogie avec hydrolyse d’une imine) Exemple Kürti p.428

Transition :

III. Influence du phosphore sur la réactivité du carbone en α (20')1) Réaction de Wittig

a) ylure de phosphoreDef TD: composé comportant deux charges opposées adjacentes dont l’une est portéepar un hétéroatome. Donner sa structure. Obtention des ylures Rabasso p.24+26

b) formation de C=CEquation bilan : ylure + dérivé carbonylé donnent alcene +oxyde de phosphine. Interetde la formation régiosélective de la C=C. Exemple montrant une certaine stéréoselectivité on va l’expliquer avec le mécanismeKürtiMécanisme (au tableau) Rabasso p37 et Kürti

Remarque : (ne pas en parler) une oxasphosphétane se forme plus vite et l’autre évolueplus vite vers l’alcène (mais attention pas un produit cinetique et un thermo on estsouvent sous contrôle cinetique puisqu’on joue sur les vitesses de reaction) Parler d'ylure stab, semi-stab, non stab. Expliquer la stéréoselectivité en fonction del’ylure utilisé. Présenter sous forme de tableau.

Influence des sels de Li, modif de Schlösser.

Transition : Il existe des réactions fortement inspirées de celle de Wittig permettant ausside former des alcenes de façon sélective

2) Réactions apparentéesa) Horner Wadsworth Emmons

* Formation du phosphonate : réaction d'Arbusov Rabasso p.28* Réaction : exemple sur transparent Kürti, réactif un peu différent (phosphonate),sélectivité E tout le temps, pas de consensus concernant le mécanisme + interet : onforme un sous produit soluble en phase aqueuse , plus facile à éliminer du milieuréactionnel que l’oxyde de phosphine.

b) Modification de Stille et GennariKürti CF3 change la sélectivite , utilisation d’un éther couronne qui évite la réouverturede l’oxaphosphétane, en faveur du produit Z.

Tableau récapitulatif sur création de C=C.

Conclusion :Schéma bilan + ouverture sur d'autres ylures possible avec le soufre.

LO 33 : Approximation des orbitales frontières : principe et applications à la chimie organique

Niveau : L2Pré-requis : diagramme d'OM, HO, BV, théorie de Hückel, profils réactionnels (ET,

IR...), réactions en chimie organique : les dérivés carbonylés, alcènes...Biblio : NTA vert, Hiberty, Fleming, ICO, Volatron, HP PC (vieux), Lalande

PC

Introduction : Si on veut faire réagir différentes molécules ensemble plusieurs questions se posent : est-ce qu’elles vont réagir ensemble (réactivité absolue) ? Préférence pour certains substrats(réactivité relative) ? Quel chemin est emprunté (sélectivité) ? HP p.127Exemple de réaction de Diels-Alder où la gène stérique donnerait l’autre produit(exemple qu’on réutilise dans la suite de la leçon) ICOp.244 Faire les flèches dumécanisme. Mais pourquoi on obtient ce produit maj alors que tous les grosgroupements sont du même côté? On va essayer d’expliquer ceci au cours de la leçon. Dans un premier temps il va nousfalloir parler de contrôle et introduire une approximation.

I. Approximation des orbitales frontières (OF)1) Cadre de l'étude

Contrôle thermo et cinétique : profils énergétiques sur transparents => peuvent ne pasconduire aux mêmes produits (attention pas toujours le cas, on peut avoir produitthermo= produit cinétique) Contrôle thermo : on peut raisonner sur les produits (connus donc « facile ») Contrôle cinétique : il faut s’intéresser à la barrière énergétique, pb on ne sait pasvraiment où se situe l’ET… => Postulat de Hammond. Lalande p.90

Si l’ET est précoce : on peut raisonner sur l’approche des réactifs. Mais si l’ET est tardif ? il peut y avoir pb => hypothèse de non croisement (très souventcorrecte) => on raisonne sur les pentes. Lalande p.94=> A présent on se place en contrôle cinétique et on va raisonner sur les réactifs.

2) Contrôle orbitalaire d'une réactionApproche des réactifs : perturbation. 3 termes : stérique, charge et orbitalaire. Contrôle de charge quand réaction met en jeu une ou plusieurs espèces chargées.

Contrôle orbitalaire : espèce neutres. Ex de l’intro : les 2 premiers ne semblent pas expliquer la réactivité => contrôleorbitalaire ? A présent on se place en contrôle orbitalaire.

3) Approximation des OFApproche de 2 réactifs : schéma des OM pour A et B. Rappel HO, BV. Interactions à 4 électrons (défavorables, inclus stérique), 2 électons (favorables) ou 0électrons (pas intéressantes). Pb : bcp trop d’interactions à prendre en compte, complexe. => On ne considère que les interactions à 2 électrons stabilisantes. ICO

Les interactions à 4 électrons apportent un terme déstabilisant au système, qui seraglobalement du même ordre de grandeur pour deux réactions en compétitions. Commeon s’intéresse ici à une comparaison des énergies des deux systèmes, on ne va pasprendre en compte ce terme qui est environ le même pour les deux réactions. Attention :pour que cette approximation soit réalistes il faut comparer des processus analoguesmettant en jeu le même type, et le même nombre de création et destruction de liaison !Lalande Mais il en reste encore bcp… => Stabilisation accompagant une interactions à 2 électrons proportionnelle à S²/(Ea-Eb) => On ne va considérer que les interactions entre OF car ce sont les interactions àdeux électrons qui font intervenir les OM les plus proches en énergie. Fukui (PN 1981)

Transition : maintenant application à des réactions qui ont été vu ou à des réactionsnouvelles…

II. RéactivitéOn veut savoir : -si la réaction peut avoir lieu entre A et B -si A peut réagir avec B et C avec lequel il réagira préférentiellement ?

1) Réactivité absolueNTA vert p.46 + Hiberty p.131* Règle n°1 (sur T et on dévoile au fur et à mesure les différentes règles) : réactioninterdite si recouvrement frontalier nul Cas des cycloadditions Définition (ICO), définition diène et diènophile, explication notation [n,m]sur l’exemplede Diels-Alder éthène + butadiène.

=> 4+2 : éthène + butadiène, présentation des OM, détermination des OF, approchesupra supra (expliquer les termes supra)=> recouvrement non nul => autorisée

=> 2+2 : éthène + éthène => supra-supra interdite, supra antara autorisée mais trop detorsion L’approximation des OF permet ici de prédire des réactions que l’on ne pouvait pasprédire avant Remarque : si S=0, on n’a pas d’interaction entre HO et BV, on a que les interactionsdéstabilisantes du premier terme de Klopman-Salem. ET très haut en énergie, donc enthéorie, réaction se fait si beaucoup d’énergie apportée !!

Transition : et la réactivité relative ?

2) Réactivité relative* Règle n°2 : plus la différence d’énergie entre les OF est faible, plus la réaction estfacile Hiberty p.141 + NTA vert p.46

=> Un nucléophile réagira par sa HO Un électrophile réagira par sa BV - Comparaison de réactivité de chlorure d’acide, ester, amide, aldéhyde vis-à-vis deNaBH4 Hiberty p.147 + NTA vert p.58 + HulisPlus la BV est basse, plus le composé est électrophile. => réaction d'autant plus rapideavec un nucléophile.

- vitesses relatives de bromation d’alcène : + alcène substitué + π haute en énergiedons plus réaction avec électrophile Br2 rapide. Schéma de niveau des HO. ICOp.199 Ou idem avec époxydation…

- Cycloadditions : régle d’Alder ICOp.240 : exemple de vitesse de réaction en fonctionde HO et BV.

Transition : on a vu comment prédire si une réaction était rapide ou non. Mais commentse fait-elle exactement? => sélectivité.

III. Sélectivité 1) Régiosélectivité

* Régle n°3 : réaction préférentielle sur le site donnant les plus fortes interactionsfrontalières Hiberty- DA : ICOp.244 => l’exemple permet de montrer que ce n’est pas le contrôle stérique.Explication en donnant les coefficients dans les OF. Réaction de DA : concerté maisasynchrone. - Enone : Lalande : addition des organolithien et organocuprate, résultatsexpérimentaux + calcul sur l’acroléine avec Hulis pour expliquer.

2) Stéréosélectivité* Règle n°4 : meilleur chemin d’approche = meilleur recouvrement Hiberty

- SN2 : inversion de Walden, pourquoi le nucléophile attaque le plus loin possible dunucléofuge.Nu réagit avec sa HO, RX réagit avc sa BV ICO p.138- E2 : idem ICO +Claydne- DA : règle de l’endo, cyclopentadiène (attention endo seulement sous contrôlecinétique) Lalande + ICO p.242

- Burgi-Dunitz Hiberty : explication + exemple + modèle moléculaire Camphre ICO p.583

Conclusion : Bilan : on a introduit une théorie qui nous permet de prévoir/comprendre réactivité(remontrer le T avec les règles). Attention : approximation (non croisement…) Ne pas négliger les autres types decontrôles cf ce qui a été vu avec addition organolithien sur énone.

LO 34 : Cycloadditions : principe et applications

Niveau : L2Pré-requis : Réactivité de base en chimie organique, Théorie des orbitales

frontières, Régiosélectivité,stéréosélectivité et stéréosélectivité en chimie organique

Biblio : Clayden, Carey T2, ICO, OCP (pericyclic reaction), Hiberty, Lalande PC, Chaquin, Jean et Volatron I, NTA

Intro : Parmi les réactions chimiques, nous avons déjà vu des exemples de réactions ioniquescomme les substitutions, addition nucléophile ou électrophile, les réactions radicalaires,à présents nous allons voir les cycloadditions, appartenant à la troisième grandecatégorie de réactions chimiques, les réactions péricycliques, c'est-à-dire des réactions deformations de cycles sans formation d'intermédiaires réactionnels. L'étude de ces réactions est très intéressante. En effet, pourquoi s’intéresser auxmolécules cycliques? Ce sont de bons intermédiares de synthèse (cycles tendus réactifs),cela permet de rigidifier structures : utilisé dans le vivant (hèmes) et de nombreusesmolécules naturelles et cibles thérapeutiques (stéroïdes) = cibles de synthèse + exemples.

I. Principe des cycloaddtions1) Caractéristiques

* Définition ICO* Terminologie : on note une cycloaddition [m+n] * Exemples de 4+2, 8+2, 4+4 (ICO et OCP) T => compter les électrons en surlignantles liaisons impliquées.NB : On voit du [8+2], on peut même aller jusqu'à du [14+2] mais quand le système πdevient trop grand il faut que les molécules soient préorganisées pour pouvoir participerà une cycloaddition et celles-ci sont plus rares. * Exo T : Chaquin Les liaisons π étant généralement moins fortes que les liaisons σ, cesréactions sont exothermique

Mécanisme :● concertées : pas de formation d'intermédiaires réactionnels ICO ● asynchrone : les deux liaisons ne se forment pas à la même vitesse ICO

(remarque : attention si mol sym pas de raisons que ce soit asynchrone…)

* Mécanisme T (faire sur 2 ex)

*Aspects expérimentaux, différentes sortes de conditions réactionnelles pour cesréactions : thermique et photochimique. => Selon nombre d’électrons engagés pas mm types de réactions. Pq ??

* La réaction de cycloaddition est exothermique, sous contrôle cinétique orbitalaire,d'après le postulat de Hammond et avec une hypothèse de non-croisement des profilsréactionnels, la réactivité peut être donnée par l'approche des réactifs.

Transition : quelle peut-être l’approche des réactifs ?

2) Approches des réactifs Chaquin * Deux types d'approches pour un réactif : (au tableau avec dessins) Suprafaciale ouAntarafaciale * 3 types d'approches pour les deux réactifs d'une cycloaddition (2 réactifs): avec dessinavec des fleurs supra/supra ; supra/antara ; antara/antara NB : configuration antara-antara défavorisée stériquement : demande une trop grandetorsion des fragments, surtout pour les petits => on n’en parlera plus vraiment dans lasuite.. * Symétries des approches, sur T (plan de sym ou axe C2)

Transition : On va donc regarder les symétries des orbitales moléculaires et en particulierdes orbitales frontières

3) Orbitales frontières et règles de Woodward-Hoffmann Interactions entre A et B => pour simplifier on ne s’intéresse qu’aux OF : Fukui.

* 1er cas : réaction thermique, supra-supra [4+2] Diagramme d'orbitales au tableau en parlant de symétrie pour butadiène et éthène (bienmontrer que si mm symétrie : recouvrement ; si pas mm symétrie : recouvrement nul =>permet d’aller plus vite ensuite) Illustration sur modèles moléculaires (recouvrements en phase ou non) => permise de symétrie : Jean et Volatron II (Chaquin) Remplir en parallèle tableau avec règles de Woodward-Hoffmann.

* 2e cas : thermique supra-supra 2+2 Jean et Volatron II Montrer recouvrement en phase et antiphase avec modèles moléculaires => interdite de symétrie. Remplir en parallèle tableau avec règles de Woodward-Hoffmann.

Pourtant on a vu en intro qu’on pouvait quand mm faire des 2+2, on avait vu queconditions différentes (photochimique). Pq ?

*3e cas : 2+2 photochimie en modifiant le diagramme au tableau Jean et Volatron II

Si le temps : faire 4+2 photochimique. Finir le remplissage du tableau Pour le cas antara il faudrait refaire exactement le mm raisonnement mais attentionl’approche n’est plus la mm => symétrie différente, axe C2 => généralisation

Transition : on va voir des applications sur les exemples particuliers. Et dans un premiertemps avec la plus connue des réactions de cycloaddition, la réaction de Diels Alder.

II. Cycloadditions [4+2], réaction de Diels-Alder Lalande ICO(Clayden et NTA)

1) Présentation Lalande et ICO pour exemples * Bilan sur butadiène + éthène Lalande. * Définition ; cycloaddition s-s, 2+4, thermique. Définition diène et diénophile. Ex sur T de mol pouvant réagir en DA ou pas. * Etude de la réaction simple butadiène et éthène. Réaction concertée, asynchrone => mécanisme, approche dans des plans parallèles, ilfaut que s-cis.

Supra-supra : exemple de résultats. Diastéospécificité. Exemple ICO ou Lalande *Effet de substituant : règle d’Alder => comment expliquer ceci ? Vu précédemment : diagramme d’OM : interaction HO-BV. Exemple et diagramme comparaison cyclopentadiène et éthène ou anhydride maléiqueICO T. => explique pourquoi réaction prépondérante est la réaction de dimérisation dubutadiène quand butadiène + éthène (Lalande) => une molécule peut se comportercomme un diène ou comme un diènophile. Diels Alder à demande inverse (Clayden)

Transition : exemple 8 p.240 ICO avec problème de régiosélectivité

2) Régiosélectivité http://www.hulis.free.fr/ Réaction régiosélective. Fukui : OF et + gros coefficient envaleur absolue, règle du recouvrement max. Donner la régiosélectivité selon la position du gpmt donneur sur le diène : ex 7 et 8 del’ICO p.240.

Transition : exemple ICO avec problème de stéréosélectivité.

3) Stéréosélectivité * Réaction stéréosélective : (ICO p.242)

Produits endo vs produits exo : Adduits endo majoritaire même si il passe par l'état de transition le plus encombréstériquement car existence d'interactions secondaires stabilisantes. Modèle moléculaire +T (attaque, ET, produit)

* Réaction stéréospéficique :

Exemple ICO p.239 fumarate et maléate d'éthyle, réaction bilan et ET => on peut contrôler la stéréochimie de 4 centres asymétriques.

4) Applications en synthèse Synthèse industrielle d’un fongicide (Clayden p 906) Transition : et si on veut former des cycles à – de 6 chainons ?

III. Application à la synthèse des cycles à 4 et 5 chaînons 1) Cycles à 5

a) Présentation Clayden p.929 + Carey * Toujours réaction 4+2, thermique, supra-supra

Les deux réactifs engagés sont : * dipôles def+ exemple * L'autre réactifs est habituellement un alcène ou un alcyne est appelé dipolarophile.

Exemple avec nitrone : * Mécanisme :

* OF : Contrairement à la réaction de Diels-Alder, où le diène réagit de préférence avecsa HO, le dipôle 1,3 réagit par sa HO ou sa BV selon que le dipolarophile est déficitaireen électrons ou riche en électrons.

* Régiosélectivité : De la même façon que la Diels-Alder, la régiosélectivité estdéterminée par contrôle orbiatalaire, par les atomes des OF réagissant portant les plusgros coefficients.

* Stéréochimie : La séréochimie quant à elle, est gouvernée par l'approche la moinsencombrée.

Exemple : (le même qu'avant) dessin d'état de tansition au tableau

Remarque : selon la nomenclature, il s’agit de [4+2], mais usuellement [3+2] en

comptant les atomes…

b) Applications * Ces réactions sont utiles pour la synthèse des composés hétérocycliques, la formationde liaison carbone-carbone et l'introduction d'une fontionnalité. Exemple : cycloaddition nitrone-alcène donnent des isoxazolines et la liaison oxygène-azote peut-être rompue par réduction laissant à la fois une fonction amino et une fonctionhydroxyle.

* Ozonolyse : Clayden Cycloaddition et rétrocycloaddition, obtentiondu molozonide T=> différentes évolutions possibles (ne pas les détailler). Synthèse d’un monomère de lafabrication du nylon (Clayden). Exemples ICO

2) Cycles à 4Comme on en a déjà parler dans le I on peut passer vite et insister sur les applications…

a) Thermique :Clayden p.929 + Carey * 2+2, thermique, supra-antara (cf règles de WH vues avant) * peut-être réalisé entre des alcène pour former du cyclobutane * mais le plus souvent avec des cétènes, car ils sont particulièrement réactif pour les cycloadditions [2+2] :

exemples * Approche orbitalaire : * Régiosélectivité * Stéréochimie : effet stérique de l'état de transition pas de règle de l'endo, on obtient l'état de transition le moins encombré. Transition : Une méthode complémentaire à ces cycloadditon [2+2] thermique est lacycloaddition photochimique.

b) Photochimique : Clayden p.929 + Carey * approche supra-supra . * Les cycloadditon photochimiques les plus largement exploitées mettent en jeul'irradiation de diènes dans lesquels les 2 liaisons doubles sont assez proches etaboutissent à la formation de composés cage polycyclique.

Ces approches n'auraient pas pu être réalisées en supra-antara car trop de tension decycle. Exemple formation de cage.

Conclusion, bilan, click chemistry, autres réactions péricycliques

LO 35 : Conformation

Niveau : L1Pré-requis : nomenclature des alcanes, représentations de Cram et Newman,

formule topologique, élimination (TS), théorie VSEPRBiblio : Clayden, ICO, HP PCSI, TD PCSI, Micromega TS, BUP 884 (pour les

questions)

Introduction : HP introLes propriétés des substances, et en particulier leur réactivité, dépendent del’arrangement spatial de leurs atomes. Il est donc primordial de s’intéresser auxreprésentations des structures dans l’espace. Vous avez déjà aborder la notion deconformation en terminale.Définition : conformation : HP p.167. Exemple Clayden p.448Modèle moléculaire : la conformation de l'éthane change par rotation autour de la liaisonC-C. Il existe différentes conformations mais certaines sont plus stables que d'autres.Exemple du bonhomme Clayden. But : on va étudier la conformation de différents alcanes linéaires et cycliques et voir sieffectivement il y a des conformations privilégiées, lesquelles?

I. Etude des alcanes linéaires1) Conformation de l'éthane

Clayden, HP* Représentation de Newmann de l'éthane.* Existence d'une infinité de conformation. Retour modèle moléculaire. Définition del'angle dièdre α.* Evolution de l'énergie en fonction de α.Remarque : la répulsion stérique de H ne joue que pour 10%, c'est la répulsion desdoublets d'électrons des liaisons C-H qui joue principalement.*Barrière énergétique faible. La rotation n'est pas libre mais gênée.

Transition : et si on allonge la chaîne carbonnée?

2) Conformation du butaneClayden, HP* Les effets stériques sont maintenant importants* Conformations décalées pas toutes identiques* Def angle dièdre α. Etude de la liaison 2-3.* Evolution de l'énergie en fonction de α

* Equilibre dynamique du fait de l'agitation thermique mais décalée la plus probable(voir %)* La représentation topologique des alcanes : en met la chaîne carbonne en zig-zag estjustifié ici car c'est la conformation la plus stable des alcanes linéaires.

Transition : Beaucoup de molécules cycliques. Exemple dans TEU. Qu'en est-il desconformations d'une des molécules cycliques les plus simple possible?

II. Etude du cyclohexane HP, Clayden, Eliel p.698

1) Différentes conformations * Cycle à 6 plan impossible car ne respecte pas VSEPR. Mais il existe une infinité deconformations non plane qui respectent les longueurs de liaison et approximativementles angles de valence. Mais toutes ne sont pas à la même énergie.* Montrer les difféerentes conformations avec modèle moléculaire.* Conformations chaise, bateau, enveloppe, croisée. Faire des projections de Newmannpour voir que les C-H sont eclipsées. Utiliser des modèles moléculaires* Ep = f(θ)* A TA, 99% sont en conformation chaise.

Transition : La conformation chaise étant largement majortaire, elle mérite que l'ons'attarde un peu à son étude.

2) Cas de la conformation chaise* Représentation de la chaise en perspective TEU* Inversion chaise-chaise Clayden* Plan moyen du cycle* Position axiale et équatoriale

Transition : Le cyclohexane c'est pas marrant, on ajoute des substituants sur lescarbones!

III. Etude du cyclohexane substitué 1) Cas du cyclohexane monosubstitué

* Position équatoriale énergetiquement favorable car moins encombrée. L'écarténergetique augmente avec l'encombrement du substituant.* Valeurs écart énergetique, constante d'équilibre et % du conformère équatorialClayden* Interprétation : interaction 1,3-diaxiales déstabilisantes et interaction CH3/C-C

2) Cas du cylcohexane disubstitué* Cas où substituants 1,1 : le plus gros est en position équatoriale

* Cas où substituants 1,3 : def cis et trans. L'inversion ne modie pas la relation cis ettrans.

3) Conformation bloquée* Tertio-butyle ancre conformationelle* Camphre : cycle bloqué en conformation bateau Clayden* Décaline et stéroïdes

Conclusion : Les conformations sont importantes. Ici on s'est interessé à la stabilité relative desconformations d'une même molécule et on a essayé d'expliquer comment rationaliser lastabilité des différentes conformations.Les conformations sont importantes pour étudier la réactivite d'une molécule. Certainesconformations sont réactives et pas d'autre (élimination en trans beaucoup plus que encis). Les conformations les plus stables ne sont pas forcément les conformations les plusréactives.

LO 36 : Les hydrocarbures aromatiques

Niveau : L2Pré-requis : UV/RMN/IR, Postulat de Hammond, Effet électronique

inductif/mésomère, formules mésomères, Méthode de Hückel, alcèneBiblio : Lalande, Hprépa PC, T&D PC, ICO, Vollhardt

Introduction : Hydrocarbures aromatiques sont des molécules cycliques conjuguées qui possèdent despropriétés communes comme le fait qu’ils soient odorant, d’où leur nom : aromatique.Lalande p.167En 1825, Faraday isole le benzène, représentant le plus simple de la série des composésaromatiques. HP p.569Très grande importance des composés aromatiques : Benzène et autres hydrocarburesaromatiques présents à état naturel. Ex : thymol, benzaldéhyde, ou utilisés dans industrieex : Ibuprofène (pharmaceutique), aniline (colorants) , vaniline…HP p.570Etude de ces composés et de leur réactivité pour comprendre en particulier comment est-ce qu'on peut synthétiser l'ibuprofène à partir du benzène. Lalande exo 5.4 p.210

I. Le caractère aromatique (15')1) Structure et stabilité du benzène

Données expérimentales : RX, squelette carboné hexagonal régulier plan + distance C-Cet angles ; Comment expliquer : => formule de kékulé Stabilité du Benzène => mesures des enthalpies molaires standards d’hydrogénation :pas 3x celle d’une C=C => Energie molaire de résonance, stabilité particulière. Montrer le diagramme d’OM et calcule de l’énergie de résonnance T. Remarque : Faraday isole le benzène C6H5 => pose bcp de questions car à cette époqueon connaissait seulement le C tétravalent => bcp de structures différentes proposées.Kékulé s’en rapproche le plus. Preuve en 1928 par RX. T&D p.402

Transition : Cette énergie est un point commun de tous les composés aromatiques. Cequi a permis à Hückel d’établir un critère. Lalande

2) Critères d'aromaticitéA l'origine, « aromaticité » due à l'odeur. Mnt cela correspond à un ensemble depropriétés structurales, spectroscopques et chimiques.Enoncé. TD p.405 Critère étendu aux cycles aromatiques et accolés. Exemples.

3) Propriétés spectoscopiques- UV : bande caractéristique à 255 nm => intérêt en TP pour CCM TD p.407- IR : ...-RMN : fort blindage, explication avec un schéma HP… Nouveau critère d’aromaticité !TD p.409 Exemple annulène avec H à l'intérieur du cycle => courant de cycle dans l'autre sens,fort blindage!

4) RéactivitéForte densité électronique : sites nucléophiles. TD p.410Stabilité : substitution et pas addition pour ne pas perdre l’énergie de résonance.

* Résistance à l'oxydation. TD Exemples sur transparent : Lalande p.178 : oxydationdes chaînes latérale => acide téréphtalique pour PET.* Résistance à la réduction. Exemple HP p.571 + Exemple hydrogénation donnantcyclohéxanol (fabrication des nylons) Lalande p.179

Transition : Ce qui va nous intéresser le plus : substitutions électrophiles favorisées…SEAr

II. Substitution électrophile aromatique (20')1) Principe

Bilan général.Différentes réactions envisageables (schéma sur transparent sans indiquer les réactifs)Lalande p.180 Contrôle cinétique ou thermodynamique, mais souvent étapes non renversables, donccontrôle cinétique.

2) HalogénationFaits expérimentaux. TD p.411 Bilan.Mécanisme au tableau : 3 étapes 1) formation électrophile 2) SEAr : complexe Pi (présentation sur transparent puis véritable complexe σ (écriture des formes mésomères) !3) Ré-aromatisationProfil réactionnel. ECD : perte de l'aromaticité. TD + Lalande

Transition : ce mécanisme est général et se retrouve dans les autres types de SEAr, ce quiva changer c'est la formation de l'électrophile.

3) Réactions de Friedel et Crafta) Alkylation

Bilan => création de liaison CC Formation de l’électrophile Attention : étapes renversables ! On est souvent sous contrôle thermodynamiqueLalande p.193 Application : cumène (précurseur industriel du phénol) HP + LalandeLimites Lalande p.193 Réarrangement ; Polysubstitution (produit plus nucléophile quele substrat de départ ! car effet inducteur donneur du méthyle qui enrichi le cycle)

Transition : Comment surmonter ces limites?

b) AcylationBilan. Formation de l’électrophile. Mécanisme.AlCl3 pas vraiment catalyseur et nécessité d’une hydrolyse terminale. TDEtapes non renversables, contrôle cinétique. Application : Peut être un moyen d’alkylation, en réduisant par la suite la cétone(Clemmensen, Wolff-Kischner). Exemple de synthèse : tétralone Lalande

Transition : Jusqu'ici étapes cinétiquement déterminante : 2) attaque électrophile, mais cen'est pas toujours le cas.

3) Nitration et sulfonation● Nitration.

Bilan. ECD: 1)création de l'électrophile. MécanismeApplication : synthèse de l'aniline TD p.415

● SulfonationBilan. ECD : 3) déprotonnation. Mécanisme de la déprotonation.Application industrielle. TD+ Lalande

Transition : Bilan, retour sur le transparent du II.1) (schéma du Lalande) ajout desréactifs sur les flèches/superposition d'un autre transparent avec noms des réactifs. Maispb on a vu que pour alkylation on n'avait pas le produit marqué mais polyalkylationpourtant pour les autres, on arrive bien à avoir le produit mono-substitué. Pourquoi?Quelle est la différence entre ces produits obtenus? Comment les substituants régissent-ils la suite de la réactivité du produit?

III. Polysubtitutions électrophiles sur les cycles aromatique(15')1) Observation expérimentale

Position du problème : nom des différentes positions à partir du toluèneRégiosélectivité : Certaines sont privilégiées par rapport à d'autres : Exemple 2 ICOp.303.De plus on observe des différences de vitesses et de réactivités si le noyau benzénique

est substitué par un autre groupement qu'un méthyle HP p.587 groupement activant ounon.

Transition : Comment peut-on comprendre cela?

2) Effet des substituantsOn se place sous contrôle cinétique !!! Donc pas d’alkylation ou sulfonation. L’ECD (addition) est à ET tardif. D’après le postulat de Hammond, on va raisonner surla stabilité de l’intermédiaire de Wheland. Ecriture des formes mésomères des intermédiaires de Wheland dans le cas de l’anisole(une au tableau et les autres sur T). On voit que pour o/p plus stable que m. Ce qu’onconstate expérimentalement. Cependant, o et p devraient être à égalité, ce qu’on neconstate pas expérimentalement. Gênes stériques ! => régiosélectivité et caractèredésactivant ou non. Ecriture des formes mésomères pour le nitrobenzène (une au tableau et les autres sur T)et c’est m le - destabilisé.

3) Règles de HollemanTableau T&D p.426Cas de composés polysubstitués

4) Stratégie de synthèseSynthèse Vollhardt 708 Mais problème de régiosélectivité. Il faudrait protéger la position non voulue et pouvoirla libérer facilement. => utilisation de SO3

Conclusion :Bilan. Retour sur la synthèse de l'ibuprofène. LalandeOn n’a pas parlé de SN, car comme on l’a dit cycle riche en électrons. Quelques cas sisubstituants attracteurs : ex sur T T&D. Et si hétérocycle aromatique SN faciles. Exemple : réaction de Chichibabin. Vollhardtp.1121

LO 37 : Les organomagnésiens mixtes

Niveau : L1Pré-requis : Electrophilie/nucléophilie, acide/base de Lewis et de Bronsted,

substitution nucléophile, stéréochimieBiblio : Hprépa Tout-en-un PCSI (neuf), T&D PCSI, Clayden, ICO, Fuxa

Introduction : Les organomagnésiens font partie des dérivés organométalliques dont la structurecomporte une liaison carbone métal. Les organomagnésiens mixtes ont la formuleschématique R-Mg-X où R représente un groupe hydrocarboné et X un halogène.Ces dérivés ont été découverts par le chimiste français Victor Grignard et sont encoresouvent appelés « réactifs de Grignard ». Les organomagnésiens sont exclusivement desintermédiaires de synthèse. Ils permettent une très grande variétés de synthèsesintéressantes en particulier la création de liaisons C-C. Mais pour comprendre leurréactivité, nous allons commencer étudier leur structure et les propriéts qui en découlent.HP p.234

I. Présentation générale1) Structure et nomenclature

Structure de Lewis : R-Mg-X où R=alkyle, vinyle, chaîne carbonée, X=halogène.Attention lacunes sur Mg et doublets sur halogène. Exemple. Nomenclature, analogie avec les sels : halogénure d'alkyle magnésium. Exemple. TDp.356

2) SynthèsePrincipe : bilan : R-X +Mg(0) --> R-Mg-XExemple. HP + ICO p.368Solvants utilisés : aprotique et anhydre, polaire, base de lewis pour stabiliser organomagnésien. Schéma de stabilisation.Montage de synthèse. Explications HP p.235-236

3) RéactivitéLiaison carbone-métal polarisée. χ(Mg), χ(C), mettre charges partielles. Inversion depolarité : umpolung. Car normalement C δ+.Propriétés : nucléophile, basique de bronsted, acide de Lewis HP p.240

Transition : comment réagit-il et quel peut être son intérêt en tant que base de Bronsted?

II. Réactivité en tant que base de Bronsted1) Hydrolyse

Réaction avec l'eau. Bilan et exemple. Milieu acide pour éviter précipité.Attention : on veut éviter cette réaction lors de la synthèse de l'organomagnésien.Application : dosage HP

2) Préparalyse des RMgX acétyléniquesBilan. Pka.Intérêt : formation d'un nouvel organomagnésien alors que pas possible pas méthodenormale. HP

3) DosageDosage de Zérévitnov. Principe. Bilan. Exemple. TD p.360On verra ça en TP? Ou dosage Fuxa

Transition : Différentes applications des propriétés basiques des organomagnésiens maisleurs propriéts les plus intéressantes sont leurs propriétés nucléophiles.

III. Réactivité en tant que nucléophile1) Substitutions nucléophiles

a) sur les dérivés halogénésBilan. Exemple. Mécanisme.Application : intéressante si elle est voulue, intérêt en catalyseMais attention, réaction parasite à la synthèse d'un organomagnésien, c'est pour ça qu'onajoute goutte -à-goutte. HP

b) sur les époxydesBilan. Exemple. Mécanisme sur époxyde assymétrique. Régiosélectivité,stéréospécificité. Exemple ICO p.541 Penser à dire + énantiomèreIntérêt: synthèse d'alcools avec gain de 2C. TD p.361

2) Additions nucléophilesa) sur les carbonyles

● Avec aldéhydes et cétonsFormation d'alcool.Bilan. Exemple. Mécanisme pour un au tableau. Tableau avec obtention des trois classesd'alcools.

● Avec dérivés d'acidesMécanisme sur transparent avec ajout de flèches pour dérivés d'acidesExemple. Chimiosélectivité, différences de réactivités. Arrêt à la cétone. Introduction desamides de Weinreb, obtention d'une cétone. Clayden p.300HP

b) sur le dioxyde de carboneFormation d'acide carboxylique.Bilan. Exemple. Mécanisme.Attention cette réaction veut être éviter lors de la synthèse des organomagnésiens, c'estpour ça qu'on se met sous flux d'azote.Remarque : on veut aussi éviter réaction avec les dioxygène de l'air. Bilan.

c) sur les nitrilesBilan. Exemple. Mécanisme sur transparent. HP +TD

Conclusion : Bilan sur transparent : R-Mg-X au centre avec flèches qui partent vers différents types deproduits.Ouvertures sur les autres organométalliques ou rétrosynthèse?

LO 38 : Les alcynes

Niveau : L3Pré-requis : Notions de spectroscopie IR et RMN, réactivité des alcènes

(dihalogénation, hydroboration, hydratation, hydrogénation), chimie orga de base (éliminations, éliminations)

Biblio : Vollhardt, ICO, Weissermel, Arzallier Chimie orga 2 réactivité, Brückner, Kürti.

Introduction : Définition alcyne, liaison triple CC, représentation. Distinction alcyne vrais et alcynesinternes (disubstitués). Exemples en donnant leur nomenclature. Vollhardt p 561 Raredans la nature, exemple de l'énanthotoxine ICO p262

I. Présentation des alcynes (15')1) Structure et propriétés

* StructureGéométrie VSEPR : AX2, schéma avec angle de 180°.T : longueur de liaison + énergie de liaison, alcynes => liaisons courtes et solidesVollhardt p.563 + Arzallier p.177Représentation des orbitales, recouvrement, 2 liaisons π, 1 liaison σ.

* Electronégativité comparées des carbones tétra, tri ou digonaux. Arzallier p.179Energie des orbitales π et π* diminuent par rapport à celle des alcènes. Comparer lediagramme d’OM de l’éthylène et de l’acétylène (π et π* abaissées…)T : avec diagramme

* Propriétés spectroscopiquesSignaux caractéristiques en :RMN 1H, 13C? et IR (attention alcynes symétriquesinvisibles en IR) Volhardt p 566

2) Synthèse* En industrie : synthèse de l'acétylène. Bilan : procédé à partir du carbure de calciumWeissermel p.97 + dangers mais intérêt ICO p262

* En labo : préparation par double élimintian, bilan avec exemple Vollhardt p.570 (si le temps : réaction de Corey Fuchs : bilan, mécanisme sur transparent, exemple Kürtip.104)

3) Réactivité* Réactivité de la triple liaison : nucléophilie et électrophilie comparée aux alcènesArzallier p.179* Réactivité propre aux alcynes vrais : différence de pKa Arzallier p.180+ ICO p.263

Transition : quelle est la réactivité des alcynes par rapport aux alcènes?

II. Réactivité commune aux alcènesRemarque : bien détailler et souligner ce qui est propre à l'alcyne.

1) Hydrogénation catalytiqueT : rappel alcènes sur un exemple ICO p.189* Pour les alcynes, pb posé est-il possible de s'arrêter à l'alcène sans aller jusqu'àl'alcane?Exemple à forte pression => alcane ICO p.269Solution : utilisation de catalyseur empoisonné : Lindlar : Pd, empoisonné avecquinoléine et acétate de PbMécanisme avec flèche sur transparent Brückner p.536Réaction diastéréosélective => obtention d'alcène Z. Exemple : synthèse de la jasmoneCarey p.264

2) Addition électrophilea) dihalogénation

Bilan-exemple Vollhardt p.577Mécanisme semblable à celui des alcènes Arzallier p.182, stéréochimiePossibilité d'une dihalogénation supplémentaire puisqu'il reste une double liaisonVollhardt

b) hydratationBilan avec équilibre céto-énolique. Vollhardt p.577 Mécanisme au tableau : difficile de protonner alcyne au début, utilisation de Hg2+Exemples sur un alcyne terminal, sur un alcyne interne => pb de régiosélectivité

3) HydroborationBilan. Même mécanisme que pour alcène. Intérêt : traitement des vinyborane à l'eauoxygénée => hydratation anti-Markovnikov des alcynes ICO p.268 + Vollhardt p.580Comparaison avec hydratation juste avant : hydratation => cétone, hydroboration =>aldéhyde.

Transition : Du fait de la triple liaison et de l'acidité du H des alcynes terminaux, il existeaussi une réactivité spécifique des alcynes.

III. Réactivité spécifique des alcynes1) Réduction par les métaux dissous

Bilan. Mécanisme au tableau, justification avec pKa. Obtention d'alcènes E. Exemple.Vollhardt p.574 + ICO p.276Réactivité spécifique car triple CC plus électrophile que double CC comme vu en I.Brückner p.542

2) Réactivité des alcynes vraisFormation d'organométalliques. Exemples de bases.Préparation et emploi de quelques alcynures. ICO p.277 + Arzallier p.277=> substitutions et additions nucléophiles

3) Réaction de couplage (si le temps sinon en conclusion)Couplage historique : celui de Glaser ICOBilan du couplage de Sonogashira. Exemple. Kürti p.424 (avoir le cycle catalytiquesous la main pour les questions)

ConclusionBilan, autres réaction métathèse, Diels-Alder. Ouverture application concrète des alcynes: click-chemistry (addition 1,3-dipolaire)