UE1 : Atome - Biomolécules Génome - Bioénergétique Métabolisme EC1 : Chimie organique

Transcription

1 UE1 : Atome - Biomolécules Génome - Bioénergétique Métabolisme E1 : himie organique Description des principales fonctions PAES Professeur Pascal Marchand imed, Laboratoire de himie Thérapeutique Faculté de Pharmacie de Nantes

2 Les dérivés halogénés - Définition et nomenclature emplacement d un ou de plusieurs par un ou plusieurs X sur un carbone Formule générale : X X 1. Dérivés halogénés non aromatiques Nomenclature systématique : halogène considéré comme un substituant de l alcane = halogénoalcanes Nomenclature plus ancienne : halogénures d alkyle Exemples : 3 3 Acycliques : 2 Br 3 l l 3 Brl 3 hlorométhane (chlorure de méthyle) Trichlorométhane (trichlorure de méthyle) hloroforme Bromotrichlorométhane (bromure de trichlorométhyle) 3 1-bromo-2,2-diméthylpropane iodopropane

3 Dérivés aromatiques «à halogènes séparés» : halogénures benzyliques Exemple : 2Br (bromométhyl)benzène (bromure de benzyle) - Structure X - + δ δ - X Polarisation de la liaison Electronégativité : les halogènes sont plus électronégatifs que le EL F > EL l > EL Br > EL Taille de l halogène croissante Electronégativité décroissante

4 Existence de 3 classes de monohalogénoalcanes : 2 X X ' X ' " Primaire Secondaire Tertiaire Taille de la liaison : 1,76 Å Exemple : l

5 - Propriétés chimiques 1. éactivité générale 1.1 Polarisabilité de la liaison + δ δ - X Exemples : δ δ 2 2 l l δ δ Les dérivés chlorés, bromés et iodés représentent une source potentielle de carbocations δ 2 δ l La polarisabilité augmente en fonction : = ce sont des composés électrophiles (sites pauvres en électrons) De la diminution de l énergie de liaison De l augmentation de la taille de X F << l < Br < éactivité croissante Dérivés -F sont presque inertes chimiquement La liaison -F est très stable Pas de SN ni de β-élimination

6 1.2 éactivité des X saturés 3 1 δ X EFFET - 2 δ B - Nu - ou B - β-e1 ou β-e2 obtention d alcènes SN1 ou SN2

7 Les composés organométalliques - Structure générale et définition M M : métal Exemples : Et-Zn-Et Diéthylzinc Me-Mg-Me Diméthylmagnésium Liaison arbone -Métal PbEt Li Tétraéthylplomb Phényllithium 3 2 Li et EtNa ne sont pas des organométalliques Sel d acide Polarisation de la liaison : Alcoolate nversion de la polarisation / dérivé halogéné δ. δ M.. δ.. δ X Effet + Alcane : pas d effet Dérivés halogénés effet -

8 Liaison polaire-covalente avec un caractère ionique Polarisation parfois décrite sous forme de % de caractère ionique Exemple : -Li : 40 % de caractère ionique -Mg : 30 % de caractère ionique - Les différents organométalliques 1. ssus de métaux monovalents Na K Li 2. ssus de métaux bivalents Li rganolithiens : très réactifs Non isolables Mg d Zn g (Ba a) l en existe 2 sortes : organométalliques symétriques -M- organométalliques mixtes -M-X Les plus utiles en synthèse : -d- rganocadmiens -Mg-X -Zn-X rganomagnésiens rganozinciques

9 Les organomagnésiens mixtes (réactifs de Grignard) - Définition et nomenclature Mg X = haîne alkyle (saturée ou insaturée) haîne cycloalkyle haîne aryle ou hétéroaryle X = alogène : l, Br, Le plus fréquent Nomenclature : 3 alogénure d alkylmagnésium d aryl Mg Br 3 Bromure de prop-2-ylmagnésium Mg l hlorure de phénylmagnésium Mg odure d éthynylmagnésium

10 - Structure Mg + X Mg Dans les solvants oxygénés : solvatation En solution diluée : Et Et Et Et Mg Mg X X Et Et rganomagnésien MNMEE En solution concentrée : Et Et Mg X Et Et 2 +. X Mg Et Et DMEE

11 - Propriétés physiques Peu d intérêt car les organomagnésiens sont préparés extemporanément. Analyses physiques très difficiles (trop réactifs). V- Propriétés chimiques 1. éactivité générale Et Et Mg X Et Et Et Et Mg Et Et Peut agir comme BASE FTE Peut agir comme NULEPLE FT SN2 et AN composés nucléophiles (sites riches en électrons)

12 2. éactions avec les composés à hydrogène acide ou mobile 2.1. Modalités A + MgX + A-MgX 2.2. Exemples MgX + + [MgX] ½ Mg() 2 + ½ MgX 2 + ' + MgX MgX + Ar + ArMgX + N2 + N 2 MgX + N' + NMgX + ' + MgX

13 3. Action sur les sites électrophiles 3.1. Modalités Deux possibilités : δ Z δ SN2 1) 2) δ Z δ AN

14 Les alcools - Définition et nomenclature hybridé sp3 Si est porté par un sp2 : Enol étone Phénol 3 classes d alcools : 2 Alcool aire 1 Alcool aire 2 1 Alcool aire

15 - Propriétés chimiques 1. éactivité générale : oupure / Surtout avec les alcools aires effets + Permet la formation d un + (compensation de l effet de la liaison ) δ δ δ oupure / Surtout avec les alcools aires aires 1 Moins d effet +

16 2. upture de la liaison / (mobilité du ) : 2.1. Acidité : - Eau 3 - aire 3 3 aire aire Pka = 14 Pka = 16 Pka = 18 Pka = Formation d alcoolates : Acidité décroissante (mobilité de décroissante) -- + Na K Li - Na + 1/2 2 K Li Na. Na + 1e e MgX - MgX Na N Na - Na + N 3 - Na + 2

17 Exemples : 3 - Na + : méthanolate de sodium, t-bu - K + t-butanolate de potassium e sont des bases fortes et des Nu forts (alcoolates aires et aires )

18 3. éactions d oxydation : xydation par N 3 r 3 / 3 KMn 4 Na 4 Déshydrogénation catalytique : 250 sur u réduit 1 aldéhyde 1 cétone EN 1 acide 2 acides

19 Les dérivés carbonylés - Définition et nomenclature emplacement de deux sur un sp 3 par un 2 ' ' Ar 2 Ar' Ar Si et Ar = : ALDEYDES Ar'

20 - Structure c est le groupement carbonyle - Préparation ,24 Å 1. Méthode générale 1.1. xydation des alcools 2 ' ' alcool aire aldéhyde alcool aire cétone

21 V- Propriétés chimiques 1. éactivité générale 1.1. Polarisation du carbonyle plus électronégatif que : effet -M et effet - Site d attaque pour électrophiles (E ) δ- δ+ -M Site d attaque pour nucléophiles (Nu ) 1.2. nfluence sur la chaîne : acidité du 2 en α α B

22 1.3. Tautomérie céto-énolique : cas particulier d isomérie fonctionnelle par catalyse acide par catalyse basique - énol cétone B B énol cétone

23 2. éactivité commune des aldéhydes et des cétones 2.1. Additions nucléophiles a Action des hydrures 1) 2) - : LiAl 4, NaB 4, KB 4

24 b Addition d acide cyanhydrique N catalysé par KN N cyanhydrine c Addition d organomagnésien 1) MgX 2) 2 / d Addition d alcools 2

25 e Addition d amines primaires N N N 2 (- ) N + 2 éaction d addition-élimination Exemples -N 2 N amine imine aldéhyde ou cétone -N 2 hydroxylamine N oxime N-N 2 hydrazine N N hydrazone

26 f éduction de carbonyle (=) en carbure ( 2 ) éaction de WLF-KSNE 2 N-N 2, Na, aldéhyde ou cétone carbure éaction de LEMMENSEN Zn-g l, 3. Propriétés distinctes des aldéhydes et des cétones 3.1. xydation Aldéhydes : oxydants faibles (Ag 2 ), 2 de l air acide carboxylique. étones : difficile, oxydants forts à chaud (KMn 4 ) 2 acides carboxyliques.

27 Acides carboxyliques et dérivés - Définition et nomenclature Groupement fonctionnel - Aliphatiques : - - Aromatiques : Ar- - «Mixtes» : Ar-( 2 ) n - ; Ar-=- Nomenclature des acides aliphatiques : - fficielle : acide alcanoïque - ommune : nom trivial Nomenclature des acides aromatiques : - fficielle : acide arénoïque ou acide arène carboxylique - ommune : nom trivial

28 - Structure Liaisons fortement polarisées : mésomérie Effet -M Effet - - = alkyle ou aryle Association en dimères stables même en phase vapeur. T de fusion ou d ébullition plus élevées que celles des alcools correspondants

29 nfluence des substituants sur l acidité 2 > 1 > 3 > > Les substituants électroattracteurs augmentent l acidité et les électrodonneurs diminuent l acidité. 2 1 > > > > 3 Exemples : l 3 - pk a = 0,7 - pk a = 3, pk a = 4,2 3 - pk a = 4,8 ( 3 ) 3 pk a = 6 Formation de sels M (M = Na, Li ) métalliques N 3 d amines

30 1-Mobilité du 1. Estérification ALL + ADE Estérification ydrolyse ESTE + EAU + δ δ ' alogénation (Sl 2, Pl 5, PBr 3 ) Sl 2 + S 2 + l l chlorure d alcanoyle

31 3. Formation d amides - b) + N 3 a) b) N 4 a) amide N éaction peu efficace car compétition avec la formation du sel d ammonium : N 4 mauvaise méthode d accès aux amides

32 2. Esters 1. Propriétés chimiques a éduction + LiAl b Addition-élimination -' + Nu Nu -' Nu + - ydrolyse ( 2 ), saponification (Na)

33 3. Amides 1. Préparation a Addition-élimination sur des dérivés activés d acide carboxylique Y + N 2 N-'' Y= : ester ; Y=l : chlorure d acide ; Y= : anhydride d acide

34 b ydrolyse Amide Sel de l acide carboxylique (carboxylate) Acide carboxylique c Dégradation d FMANN NaBr in situ N 2 (Na / Br 2 ) N amine d éduction LiAl 4 N-' - 2 -N- amine

35 Les amines - Définition et nomenclature Groupement fonctionnel N - Aliphatiques ou alkylamines : -N 2 - Aromatiques ou arylamines : Ar-N 2 Amine primaire : -N 2 ; Ar-N 2 Amine secondaire : -N- ; Ar-N- ; Ar-N-Ar Amine tertiaire : N ; Ar-N Nomenclature usuelle : - alkylamine, di- ou tri-alkylamine - idem avec les arylamines

36 - Structure = alkyle ou aryle Effet +M - : 1,01 Å : 1,47 Å -N N Effet - as des amines aromatiques N 2 N 2 etc N 2 : o-, p- directeur en SEAr N 2, mésomère donneur, augmente la densité électronique au niveau du cycle aromatique augmentation de la réactivité en SEAr

37 - Propriétés chimiques 1. Basicité Variable selon la nature Exemples : pk a du couple B + / B N 2 4,6 base faible 2 N 2 9,3 N 3 9,2 3 -N 2 10,4 ( 3 ) 2 N 10,7 base forte

38 Formation de sels (ammoniums) N 2 + l N 3 l chlorhydrate d aniline NEt 3 + Br Et 3 N, Br bromhydrate de triéthylamine ou bromure de triéthylammonium 2. éactions nucléophiles 2.1. Sur les dérivés carbonylés Aldéhydes et cétones mines (amine aire ) Esters, chlorures d acides, anhydrides d acides Amides.