TRAVAUX DIRIGES DECHIMIE ORGANIQUE
UE CO3bCHI 306
ANNEE 2005-2006
COURS DE: S. GRELIER S. NLATE L. POUYSEGU
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DERIVES HALOGENES
SUBSTITUTION NUCLEOPHILE ET ELIMINATION
1) Déterminer les configurations R/S, à la fois des réactifs et des produits, dans
les réactions SN2 suivantes.
Br+H
CH2CH3
H3C Cla)
b)
c)
d)
Cl
OH
+ OCCH3
O
Cl
OH
+ OCCH3
O
Cl
HH3C
H3C H
Br2 I+
-----------------------------------------
2) Classer les membres de chaque groupe d’espèces ci-dessous dans l’ordre de (1)
basicité, (2) nucléophilie et (3) aptitude nucléofuge en tant que groupe partant.
Expliquer brièvement les réponses.
CH3CO2a) H2O HO
b) ClBr IF
c) OCN SCN
-----------------------------------------
3) Dans les réactions SN2 lentes, en particulier l'hydrolyse permettant de passer
des halogénures RCH2X aux alcools RCH2OH, on utilise une catalyse par l'iodure
de sodium.
a) Préciser le mécanisme mis en jeu.
b) Si on possède alors du (R)-1-chloro-1-deutériopropane, quelle sera la
configuration de l'alcool obtenu sans catalyse et avec catalyse par les ions
iodure ?
-----------------------------------------
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4) Le bromure de tertiobutyle subit, en solution dans l'acide acétique, la réaction :
(CH3)3C Br + CH3 CO2H (CH3)3C OCOCH3 + H Br+
a) Définir le type de réaction dont il s'agit.
b) Si on ajoute de l'acétate de sodium au mélange réactionnel, dans l'acide
acétique, on constate que la vitesse de la réaction ne varie pratiquement
pas. Proposer un mécanisme en accord avec cette constatation.
c) On utilise maintenant le 3-bromo-2-méthylhexane lévogyre que l'on soumet
à la même action de l'acide acétique pur.
Proposer une méthode expérimentale simple permettant de suivre
l'avancement cinétique de la réaction.
-----------------------------------------
5) Le dérivé halogéné A, de configuration S, réagit avec le méthanolate de sodiumpour donner, par réaction de substitution, le composé B optiquement actif!:
ClCH CH2CH2CH3CH3CH2
A
CH3O NaB
a) Préciser s’il s’agit d’une réaction de substitution mono- ou bimoléculaire.
Justifier brièvement.
b) Que peut-on dire sur la stéréochimie de cette réaction!? Justifier
brièvement.
c) Représenter les composés A et B en projection de Fischer. Déterminer la
configuration absolue de B en nomenclature R/S.
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6) Soit l’équation bilan suivante!:
CH2(CH3)3C
A
CH3OH
B
Cl + CCH3CH3
OCH3CH2CH3 + HCl
a) Détailler le mécanisme permettant d’expliquer la formation de B.
b) Donner le type de la réaction
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7) Peut-on déduire des observations expérimentales suivantes les mécanismes
réactionnels mis en jeu dans les réactions observées ?
a) les composés tertiobutylés tBu-Y réagissent dans un milieu éthanol-eau à
20% en donnant : 64% d'un mélange tBuOH + tBuOEt et 36% d'isobutène
aussi bien avec Y = Cl qu'avec Y = +N(CH3)3 ou +S(CH3)2.
b) Le 2-bromo-2-méthylbutane, traité par des alcoolates dans le DMSO, donne
un mélange, en proportions variables, de 2-méthylbut-2-ène et 2-méthylbut-1-
ène.
CH2 C(Br)(CH3)2 +CH3 CH C(CH3)2CH3 CH3 CH2 C(CH3) CH2
a) EtOKb) tBuOK
71%28%
29%72%
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8) Le (2R,3R)-2-chloro-3-méthylpentane, traité par le tertiobutylate de potassium
dans le diméthylsulfoxyde (tBuO-/DMSO), conduit à un composé majoritaire A
accompagné d'une proportion sensible d'isomère de position B.
a) Donner la nature des produits A et B ainsi que leur stéréochimie.
b) Expliquer que le même chlorure traité par (MeO-/MeOH) conduit aux
produits A, B et C. Ce dernier produit (C) ne réagit pas avec H2 en présence
de catalyseur (Pd/C).
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9) On considère les quatre isomères A, B, C et D suivants :
A B C DBrBr
Br
Br
a) Classer ces composés par ordre de réactivité croissante pour une réaction avec leméthanol dans les conditions d'une substitution SN1. Justifier brièvement.
b) Quel sera le résultat stéréochimique à partir de A de configuration S!?
c) Lequel des quatre isomères réagirait le plus vite avec la soude dans les conditionsd'une substitution SN2 ? Justifier brièvement.
d) Quel sera le résultat stéréochimique à partir de C de configuration R!?
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e) Le chauffage avec la soude conduit également à des produits issus d'uneélimination E2. Quels produits obtient-on à partir de D et quel est le produitmajoritaire ? Justifier votre réponse.
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10) L’action du cyanure de sodium sur le 2-chloro-1-phénylpropane (A) de
configuration S, dans l’acétone, conduit à un produit (B). La réaction se déroule
conformément à la loi de vitesse : v = k.[RCl].[CN-].
a) Représenter la formule spatiale de (A) à l’aide de la représentation de Cram.
b) Quelle est la réaction qui est mise en jeu!? Quelle en est la conséquencestéréochimique ?
c) Représenter la formule spatiale du produit (B) à l’aide de la représentation deCram. Donner sa configuration absolue.
Dans un milieu et à une température donnés, on observe pour le (S)-1-chloro-1-
phénylpropane une réaction plus rapide et dont la vitesse est indépendante de la
concentration en cyanure (contrairement à ce qui se produit dans les mêmes
conditions pour le (S)-2-chloro-1-phénylpropane).
d) De quel mécanisme s’agit-il!? (justifier brièvement)
e) Que peut-on prévoir quant à la stéréochimie du produit ?
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ORGANOMAGNESIENS
11) Les composés ci-après peuvent être obtenus par réaction, suivie d'hydrolyse,
d'un organomagnésien M avec un composé A . Déterminer pour chacun d'eux un
couple M/A approprié.
a) Le butan-1-ol
b) La diphénylcétone
c) Le triphénylcarbinol (triphénylméthanol)
d) L'acide benzoïque
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12) Le phénylbutan-2-ol peut être obtenu par réaction, suivie d'hydrolyse, d'un
organomagnésien M avec un composé A.
a) Déterminer un couple M/A approprié pour cette synthèse. Justifier.
b) Ecrire le mécanisme de la réaction mettant en jeu le couple M/A proposé.
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13) Proposer deux méthodes pour préparer le 1,1-diphénylpropan-1-ol.
-----------------------------------------
14) A partir du chlorure RCl, proposer une synthèse organomagnésienne des alcools
primaires suivants : RCH2OH, R(CH2)2OH, R(CH2)3OH.
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15) Quel produit obtient-on par action du bromure de phénylmagnésium sur du
butanoate d’éthyle!?
Proposer au moins une autre méthode de synthèse de ce produit.
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DERIVES OXYGENES ET SOUFRES
16)
a) Le 1-bromo-3-méthylbutane (A), le 1-bromo-2-méthylbutane (B) et le 2-bromo-3-
méthylbutane (C) sont soumis à l’action de la soude aqueuse à reflux dans le but
de former les alcools correspondants. (A) conduit à l’alcool attendu tandis que (B)
donne un mélange d’alcool et d’alcène et (C) uniquement un alcène.
Retracer et justifier les diverses réactions qui interviennent.
b) Que se passe-t-il si on substitue l’eau à la soude aqueuse!?
c) La méthode la plus efficace pour obtenir les alcools consiste à soumettre (A) et
(B) à l’action de l’acétate de potassium dans le DMF à chaud, puis à hydrolyser les
esters formés. Justifier ce mode opératoire.
d) Ce mode opératoire, appliqué au composé (C) de configuration S, conduit à la
formation d’un alcool de configuration unique. Quelle est cette configuration!?
Justifier ce résultat.
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17) Justifier les observations expérimentales suivantes!:
a) La formation du tertiobutylate de sodium est plus lente que celle de l’éthylate de
sodium, elle-même beaucoup plus lente que celle du phénate de sodium.
b) La préparation du méthyltertiobutyléther donne de meilleurs résultats par
addition du tertiobutylate de potassium au bromure de méthyle que par addition de
méthylate de sodium au bromure de tertiobutyle.
c) La préparation du méthyltertiobutylthioéther est au contraire plus facile à
partir du bromure de tertiobutyle qu’à partir du bromure de méthyle.
d) Les thioalcools sont plus acides que les alcools correspondants et les
thioalcoolates, à l’inverse des alcoolates, peuvent être préparés par action des
bases alcalines aqueuses sur les thioalcools.
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18) Compléter toutes les cases (produit ou réactif) des réactions de transformation
du n-pentanol :
PBr3
Na2Cr2O7, H2SO4, H2O
Cl
OH
H
O
CH3COCl, pyridine
-----------------------------------------
19)
a) Quel composé obtient-on lorsqu’on traite, à chaud, par la soude aqueuse en
présence de 1-bromopropane, un mélange équimolaire de phénol et de cyclohexanol!?
Justifier.
b) Le phénol réagit avec le méthanal, en milieu basique dilué, pour donner un mélange
de composés aromatiques dihydroxylés. Quels sont ces composés!?
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20) Ecrire la formule du (des) produit(s) auquel (auxquels) on peut s’attendre le plus
vraisemblablement dans chacune des réactions suivantes. Justifier.CH2OH
H2SO4 conc.180 °C
a)
b) CH3 CH2 CH2 Cl CH3 CH2 CH CH2
OCH3+
c) CH3 CH2 CH2 O CH3 CH2 CH CH2
ClCH3+
DMSO
HMPA
d)
O
+ CH3IDMSO
OCH3
-----------------------------------------
21) Le citronellol (A) peut présenter la conformation suivante!:
A OH
a) Quel est son nom en nomenclature systématique!?
b) Des alcools, isomères entre eux, se distinguent du citronellol par la présence
d’une seconde double liaison mais avec le même squelette!: le géraniol (B) est un
D2,3 citronellol de configuration E, le nérol (C ) est un D2,3 citronellol de
configuration Z, le linalol (D) est un isomère de position du nérol qui porte un
méthyle et un hydroxyle en position 3.
Identifier et représenter ces 3 alcools monoterpéniques issus du raisin et
responsables avec le citronellol de l’arôme caractéristique des muscats et du
Riesling.
c) Montrer qu’on peut facilement passer, en milieu acide, du nérol au géraniol et au
linalol. Retracer ces conversions.
d) Lors du vieillissement du Riesling en bouteille, on constate une diminution des
concentrations des 4 composés (A), (B), (C) et (D) et l’apparition avec le temps de
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leurs composés homologues oxygénés (A’), (B’), (C’) et (D’), obtenus par addition
d’eau sur la double liaison gem-diméthylée des 4 composés initiaux.
Préciser les structures (A’), (B’), (C’), (D’) et leur mode de formation respectif à
partir de (A), (B), (C) et (D) sachant que le pH du Riesling est voisin de 4.
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22) Proposer une synthèse de la molécule (A) en choisissant des réactifs simples.
Les lignes ondulées indiquent les positions recommandées pour former les liaisons
carbone-carbone.
CCH3
CH3CH2CH2
CH2CH3
CHO
A
-----------------------------------------
23) L’ail fraîchement haché contient de l’allicine, composé responsable de la
véritable odeur alliacée. L’allicine présente également des propriétés
antibactériennes notoires et semble efficace pour limiter le niveau de
cholestérolémie chez les animaux soumis à un régime riche en cholestérol.
Proposer une synthèse simple du disulfure (A), précurseur de l’allicine, à partir du
3-chloropropène.
AH2C CH CH2 S S CH2 CH CH2
O
allicineH2C CH CH2 S S CH2 CH CH2
H2O2 (1 equiv)
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DERIVES AZOTES
24) Attribuer la classe (primaire, secondaire, tertiaire) de chacune des amines
suivantes!:
CH2 CHN
CH3
H CH2CH3
apéténil(un anorexigène = pilule de régime)
NH coniine
(extraite de la ciguë, toxique)
péthidine(analgésique)N
CH3
Ph CO2CH2CH3 NH2
HOOH
dopamine(neurotransmetteur)
-----------------------------------------
25) Ecrire les structures des alcènes qui sont susceptibles d’être produits lors de
l’élimination d’Hofmann au niveau de chacune des amines suivantes :
CHNH2
CH2CH3a) b)NH2
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26)
a) Ecrire un mécanisme détaillé pour expliquer la diazotation de l’aniline PhNH2 en
présence de HCl et de NaNO2, ainsi qu’un mécanisme plausible pour sa
transformation en iodobenzène à la suite d’un traitement par une solution aqueuse
d’iodure de potassium.
b) Quel composé obtient-on en remplaçant KI par CuCN!?
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REVISIONS
27) Le (3S,4S)-3-bromo-3,4-diméthylhexane (A) traité par l’éthanolate de sodium
(EtONa) dans l’éthanol conduit à un mélange, optiquement actif, de trois produits
principaux B, C et D.
Le composé majoritaire B contient une double liaison et se forme via une réaction
qui se déroule conformément à la loi de vitesse!: vB = k1 ¥ [A] ¥ [EtONa].
Les deux composés minoritaires C et D contiennent une fonction éther-oxyde et
sont obtenus par une réaction qui se déroule selon la loi de vitesse!: vC/D = k2 ¥ [A].
a) Représenter A en projection de Fischer.
b) Expliquer le mécanisme de formation de B. Donner sa structure.
c) Expliquer le mécanisme de formation de C et D. Donner leurs structures
respectives en projection de Fischer.
d) Expliquer pourquoi le mélange obtenu (composés B, C et D) est optiquement
actif.
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28) A partir du toluène comme seul produit organique et de tous les produits
minéraux nécessaires proposer la synthèse la plus efficace permettant de
préparer :
a) Le bromure de benzyle
b) Le phénylacétonitrile
c) L'alcool benzylique
d) Le dibenzyléther
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29) Proposer les réactifs (catalyseur et solvants si nécessaires) des réactions a-gqui permettent d'effectuer la synthèse suivante :
OHt-Bu Me
OMet-Bu Me
OMet-Bu Me
Br
a) b)
OMet-Bu Me
c)
d)
MeO
t-Bu
MeHOTsCl, pyridine
CaBr2
MeO
t-Bu
MeBre)MeO
t-Bu
MeHO2C
MeO
t-Bu
MeClOC
SOCl2
f) MeO
t-Bu
Me Og) MeO
t-Bu
Me Ph OH
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30) Donner le nom des deux réactions suivantes et compléter toutes les cases(produit ou réactif) :
a)
NH2
CH3
HNO2
H2SO4+ 2 H2O
D
I
CH3
KCN
Nom de la réaction :
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b)
D
CH3I (excès)NH2Ag2O / H2O
- AgI
Nom de la réaction :+ N(CH3)3
+ H2O
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31) A partir du cyclohexanol proposer une synthèse des composés suivants. Vouspréciserez tous les réactifs organiques et inorganiques nécessaires. Certainessynthèses peuvent nécessiter plusieurs étapes.
OH
Br
H3C
CHH3C
HOOC
HOOC
HOOC
CH3
H3CHO
b)
c)
d)
e) f)
a)
O
g)
h)
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32) Synthèse de l’Inapétyl (dérivé de l’amphétamine, utilisé pour restreindrel’appétit). Compléter toutes les cases (produit ou réactif).
AlCl3+
CH3
Cl2
CH2Cl
UV
Et2O
Mg
CH2 CH
OH
CH3
2) H2O / H+
CH2 C
O
CH3
NH2-CH3
+H20CH2 CH
HN
CH3
CH3
CH2 CH
N
CH3
CH3CH2
pyridine Inapétyl
1
2
3
4
5
6
7
1)