LO 01 - Polymères organiques : relation structure-propriétés

Niveau : PC.PR : Polymères (tacticité, pelote statistique), …Biblio : Frajman polymères, HP PC/PC*, Tout-en-un PC/PC*, Deterre, Boudet.

Introduction Tout-en-un p857déf polymères, ils sont omniprésents ! Polymères naturels en nous (amidon, ADN) et dans notre environnement (cellulose) mais aussi tout autour de nous des polymères artificiels ou de synthèse, les plastiques, les caoutchoucs, le papier... Ils ont des propriétés très différentes (tuyau en caoutchouc étirable et rétroprojecteur dur), dues à des structures très différentes. Qu'est-ce qui peut différer dans les structures ?

I. Présentation1. Structure

Rappel polymère linéaire/ramifié/réticulé. Frajman p368Selon la voie de synthèse,différentes tacticités et des polymères tête-tête ou tête-queue.copolymères pour faire varier les propriétés (statistiques, alternés, par blocs ou greffés)(exemples HP PC/PC* p715). On obtient selon la voie de synthèse une polymolécularité plus ou moins marquée.

T: Beaucoup de conformations sont accessibles et vont engendrer des structures différentes (pelote statistique).

2. Classificationnaturels, artificiels, synthétiques : ce type de classification ne décrit pas la structureDéf taux de cristallinité. Schémas de polymères très ou très peu cristallins.Déf polymère cristallin/semi-cristallin/amorphe, influence de la tacticité et des ramifications sur le taux de cristallinité.

T: Il n'existe pas de polymère cristallin. Les deux types de polymères restants ont des propriétés variables, notamment leur résistance vis-à-vis de contraintes ou de la chaleur.

II. Propriétés thermiques et mécaniquesTransp récapitulatif : polymère cristallin/amorphe/semi-cristallin (xc = 5 ou 50%)

1. Changements d'état1. Température de fusion

Un polymère est lourd et fait beaucoup d'interactions intramoléculaires, en général il ne pourra pas passer en phase gazeuse et il n'a pas toujours une Tfus !L'état liquide est visqueux ; influence de xc sur Tf.

2. Température de transition vitreuseDéf transition vitreuse, facteurs influençant Tg.Polymère semi-cristallin : état rigide, souple et caoutchoutique (existence Técoulement).Polymère amorphe : pas de Tf. Cristallin : pas de Tg. Exemples HP PC/PC* p733

T: On vient de voir que la rigidité des polymères dépend de leur nature et deT, elle dépend aussi des contraintes qui leur sont appliquées.

2. Contrainte et module d'YoungDéf contrainte et du module d'Young E. Frajman p378Évolution de E en fonction de T pour un polymère amorphe ou semi-cristallin. polymères thermoplastiques, thermodurs et les élastomères Tout-en-un p887 et 901

III. Autres propriétés1. Solubilité

Les polymères thermodurs en général insolubles dans tous les solvants. Frajman p382Dans un bon solvant, les autres polymères se solubilisent s'ils sont linéaires ou gonflent s'ils sont réticulés (schéma, application : couches absorbantes), utilisation de plastifiants Deterre.

T: jusqu'ici propriétés isotropes or polymères peuvent être orientés et donner lieu à des propriétés physiques particulières dans certaines directions telles que de la conduction.

2. Conduction électriqueLa plupart des polymères sont des isolants électriques, on les utilise en général pour faire des gaines isolantes. Tout-en-un p902, Deterre p117, Boudet p111Pour avoir une conductivité non nulle, il faut que des électrons (p) puissent circuler.Ex : polyacétylène dopé ou non.

ConclusionRécapitulatif. Les polymères présentent des propriétés variables selon leur structure, et sur lesquelles on peut jouer en les mixant (copolymères). Exemples.

Remarques :→ Quand un polymère se décompose, c'est en général qu'il est oxydé par l'air (O2).→ Le taux de cristallinité est expérimentalement obtenu par DSC (obtention de DfusH).→ Les polymères conducteurs ont fait l'objet d'un PN en 2010.→ Polymère thermodur : quand on le chauffe, il se réticule de plus en plus ce qui le rigidifie irréversiblement.

LO 02 – Stratégie de synthèse

Niveau : L3PR : Chimie organique licence, stéréochimieBiblio : Waren, Sparfel, Carey T2, Kocienski

IntroductionPourquoi synthétiser des molécules au laboratoire ?

Parce que les rendements d'extraction et de purification à partir des plantes sont parfois très mauvais (taxol de l'arbre Taxus brevifolia, Nicolaou I p655)

Parce que toutes les molécules actives ne se trouvent pas dans la nature Parce qu'on veut reproduire certaines molécules « biologiques » pour les étudier

Historique : Nicolaou I p5 La synthèse en chimie organique est une science relativement récente : elle commence avec Wöhler en 1828 et la synthèse de l'urée. Depuis les cibles se sont complexifiées (on montre notamment l'apparition de cycle et de centres asymétriques). La synthèse organique s'este rationnalisé avec notamment le concept d'analyse rétrosynthétique, introduite par Corey dans les années 60.

I. Conception d'une synthèse : introduction à l'approche rétrosynthétiqueExemple d’introduction : Palytoxine Sparfel Pour molécule complexe → imaginer synthèse à rebours en simplifiant la structureidentifier liaisons stratégiques pour simplifier molécule cible en composés plus simples. Chaque molécule obtenue lors de cette déconnection doit à son tour être simplifiée jusqu’à obtention de molécules commercialement disponibles.

1. Exemples de déconnexions et reconnexions associéesSparfel déf cible, analyse rétrosynthétique, déconnexion, synthon, réactifformalisme comparé synthèse et rétrosynthèse

• déconnexion liaisons CC et C=C, reconnexions associées sur exemples, donner synthons et équivalents synthétiques Warren

• déconnexion liaisons C-hétéroatome Warren• reconnaître des motifs caractéristiques facilite la déconnexion (ex de Diels-

Alder et ozonolyse)

2. Interconversion de fonctionsParfois intéressant de convertir un GF en un autre pour pouvoir effectuer la transformation souhaitée, opération qui se réalise sans modifier le squelette carboné (oxydations, réductions, éliminations, conversions alcool en halogénures, etc…) Se servir des exemples précédents

3. Planification des synthèses associées

• synthèse linéaire vs synthèse convergente, rendements respectifs Sparfelsi étape avec faible rendement → la mettre au début

• importance de l’ordre séquentiel des réactions Warren p17planification d’une synthèse = comparaison critique des différentes voies possibles. complexité du plan de synthèse croît avec complexité de la molécule.

• règles pour l’élaboration d’un plan rétrosynthétique Sparfel p15Une bonne déconnection ne doit pas faire apparaître de risques que d’autres réactions concurrentes puissent avoir lieu en même temps que la transformation souhaitée

II. Eléments stratégiques lors de l'élaboration d'une synthèse1. Problème de la stéréochimie

Carey p701 Palytoxine Sparfel → bcp de centres asymétriques, il faut être sélectif !Utilisation de réactions séléctives Synthèses énantiosélectives, introduction de la chiralité via des réactifs chiraux, des catalyseurs chiraux / utilisation de molécules du pool chiral / séparation par dédoublement de racémique etc.

2. Compatibilité de la réaction envisagée1. Utilisation de transformations sélectives

réactions chimiosélectives ou régiosélectives à illustrer sur quelques exemples. ex époxydation des alcools allyliques vs alcènes isolés

2. Utilisation de groupements protecteursKocienskiutilisation d’un GP = constat d’échec, pas d’autres moyens de faire réaction souhaitéeNotions d’orthogonalité dans les GP. Les 4 questions à se poser quand on utilise un groupement protecteur : 1- est-ce que je peux placer mon GP où je veux et seulement où je veux ? 2- est-ce qu’il va résister aux conditions réactionnelles de la synthèse ? 3- Est-ce que je pourrai l’enlever sélectivement quand je n’en aurai plus besoin ? 4 – En quoi va-t-il affecter la réactivité de mon substrat ?

ConclusionGrands enjeux de la synthèse organique, avant de se lancer dans une synthèse il faut réfléchir pour trouver la meilleure voie ! Il n'existe pas qu'une seule et unique voie d'accès à des molécules complexes et quand on fait molécule active en pharmacie, on cherche à le faire de la manière la moins toxique possible ! Parler de chimie verte.

LO 03 – Les alcènes

Niveau : PCPR : théorie de Huckel simple, chimie organique de L1 (hydratation, hydrohalogénation, ozonolyse), notions de stéréochimie, éléctrophile, théorie de Huckel simpleBiblio : ICO, Vollhardt, Clayden, HP PC, PUF

IntroductionLes alcènes sont des molécules très présentes dans la nature (éthène, limonène etc..) . On a déjà l'an dernier un pan de leur réactivité notamment les additions électrophiles

I. Addition électrophile sur les alcènes 1. Hydrohalogénation

bilan, mécanisme, rappel Markovnikov

2. Hydroboration hydratation → on forme l'alcool le plus substitué, comment former le moins substitué ?Bilan, PN pour Brown en 1979, schéma mécanistiqueexplication régiosélectivité (tableau ICO p216), stéréosélectivité car rétention de configuration

II. Oxydation des alcènes 1. Époxydation

utilisation de peracide, exemples de peracides, O électrophile, bilan, régiosélectivité

2. Dihydroxylation KMnO4 dilué a froid (test caractéristique des alcènes Vollhardt p527)OsO4 : addition syn et sensible a l'encombrement, utilisation d'un réoxydant, on peut couper le diol obtenu par NaIO4

3. Coupure oxydanteozonolyse, bilan et conditions sur transparent, mécanisme formation molozonide

III. Hydrogénation catalytique 1. Cas des alcènes

bilan, catalyseur, mécanisme (Vollhardt), sélectiviténotion de chimisorption, physisorption

2. Formation d'alcènes à partir d'alcynesbilan, catalyseurs particuliers, on obtient alcènes Z

IV. Réaction de Diels Alder1. Éthène et 1,4-butadiène

Diagramme d’OM obtenus par Hulis et forme des OMs PUF p296.

2. Orbitales frontières Approximation des orbitales frontières PUF p.342Retour sur les OMs de l’éthène et du butadiène. HO et BV. Plus les polyénes linéaires seront longs et plus la HO sera haute en énergie, la BV basse en énergie.

3. Diène et diénophileGénéralisation sur les diènes et diénophiles. Nécessité du diène trans. Diènes cycliques et acycliques. Règle d’Alder pour les diénes et diénophiles : rapprochement de la HO et de la BV.

4. Réaction de Diels Alderbilan, mécanisme, régiosélectivité et stéréosélectivité, règle de l'endo

ConclusionCe sont des substrats de grandes valeurs pour obtenir des polymères plastiques

LO 04 – Dérivés d'acide carboxylique

Niveau : PCPR : Alcool, acide carboxylique, Hückel, IR/RMN, effet inductif/mésomère, amines, hydrure, VSEPRBiblio : HP PC, Vollhardt, Clayden

IntroductionDéf dérivés d'acides, il en existe 5 : les chlorures d'acyle, esters, anhydrides d'acide, amides, nitriles. Les chlorures d'acide, les anhydrides d'acides sont des intermédiaires de synthèses et ne se retrouvent pas dans la nature. Les nitriles très rarement (présents dans huile d'amande). En revanche les esters et les amides sont présents dans la nature et apparaissent dans la composition de nombreux produits d'usages courants tels que les médicaments, les additifs alimentaires, les produits cosmétiques. HP p653 exemples Quels sont leurs intérêts par rapport à l'acide carboxilique et leur réactivité ?

I. Généralités sur les dérivés d'acides1. Présentation et nomenclature

esters, anhydride d'acide, amides, nitrile, chlorure d'acide → nomenclature pour chaqueéquation bilan pour montrer que ce sont des dérivés d'acide HP p656

2. Propriétés 1. Physiques

• VSEPR → AX3E0 : trigonal plan• formes mésomères• longueur liaison C-Z diminue quand caractère de double liaison augmente• Teb : pas de liaisons H dans chlorures d'acyle, anhydrides et esters ICO p650• solubilité : amide et nitrile très soluble dans l'eau liaisons H mais pour les autres

mauvaises solubilités

2. SpectroscopieIR : plus Z est donneur, plus σ diminue Clayden p288

3. Réactivité générale• comparaison effet +M et -I des groupements et donc caractère électrophile du

C, expliquer avec BV

• méca d'addition-élimination, réactivités relatives et raisons (nature du nucléofuge, électronégativité du groupement mésomère donneur) Vollhardt

• propriétés A/B

II. Synthèse des dérivés d'acide1. Chlorure et anhydride d'acide

équation bilan à partir des acides carboxiliques

2. Esters• à partir d'acides carboxyliques et alcools, mécanisme, réaction lente,

athermique, renversable et équilibrée → Dean Stark• à partir de chlorure d'acide ou anhydrides, bilan , mécanisme, notion

d'activation

3. Amides et nitrilesacylation à partir d'un chlorure d'acyle ou anhydride, mécanisme, conditions suivant Znylon et liaison peptidique (on en parlera plus tard)

nitriles : on déshydrate amide

III. Utilisation en chimie organique1. Hydrolyse

bilan pour tous et méca pour la saponification de l'ester

2. Réduction des dérivés d'acidesréduction ester en alcool primaire par LiAlH4, mécanismeNaBH4 moins réactif

3. Synthèse peptidiqueexemple sur l'aspartame, notion de protection de l'amine et acide carboxylique par acylation et estérification

4. Synthèse maloniqueEquation bilan, mécanisme, explication pKa et intérêt. HP

ConclusionTransparent soleil bilanDérivés d'acides très employés car plus réactifs que l'acide, utilisés en industrie agro-alimentaire ou polymères !

LO 05 – Les amines

Niveau : L2PR : nucléophilie/électrophilie, A/B, spectroscopie IR, RMN, alcools, carbonylesBiblio : Vollhardt, Weissermel, ICO, Lalande

IntroductionDans l'air O2 important pour respirer et O est présent sous de nombreuses formes, H2O, alcool, et bien d’autre composé organique. N2 lui est inerte, mais néanmoins il est présent sous forme de ses dérivés organiques et a un rôle tout aussi essentiel que O.Notamment on a les amines. déf amines IUPAC, structure, aliphatique et aromatiques, exemples Vollhardt p960 Au niveau biologique, on le retrouve dans les acides aminés qui constituent les protéines jouant important dans les organismes vivants.

I. Présentation des amines1. Nomenclature et classe des amines

comparaison classes avec ROH : pour alcool classe dépend de R, pour amine dépend du nombre de R, exemplesnomenclature IUPAc : nom élément + azane, ou anciennement alcanamine, mais souvent noms courants, exemples

2. Propriétés physiquesVSEPR → Td, on devrait avoir centre asymétrique mais non car inversion (donner frqce)polarité, liaisonsH Tfus et Teb assez hautes mais moins que O, exemplesSolubilité dans solvants organiques, eau

spectroscopie : IR bande NH à 3250 cm-1, RMN 1H et 15N ICOp458RMN de N dans l’étude des protéines

3. Réactivitécomparer aux alcools tout le longdessin RNH2 → acide/base de Bronsted, pKa couple RNH3

+/RNH2 et LDA→ base de Lewis, exemple d'un complexe avec en comme ligand→ nucléophile, exemple d'une SN2→ propriétés d'oxydo-réduction ! Donner conditions oxydation amine

II. Réactivité des amines1. Addition sur dérivés d'acides

on sait que alcool + dérivés d'acide = ester, on va avoir même genre de réactionbilan, mécanisme, application à la synthèse du Nylon et couplage peptidique à travers

exemple de l’aspartame (montrer qu’il faudra probablement protéger certainesfonctions) ICO p683

2. Addition sur aldéhyde et cétonebilan, méca, utilité ancienne (connaître structure carbonyle grâce à Tfus)

3. Alkylation d'HofmannBilan, méca → problème des polyalkylations !on peut s’arrêter au niveau de RNH3 si excès de NH3 Lalandeapplications : alkylation des azotes de l'ADN, mais aussi chimiothérapie anticancéreuse

III. Synthèse des amines1. Synthèse d'amines primaires aliphatiques

synthèse de Gabriel, bilan, mécanisme, sert à la formation d'acides aminés

2. Synthèse d'amines secondaire et tertiairesamination réductrice : bilan et mécanisme Vollhardt p973La classe de l’amine finale va s’effectuer lors du choix de l'amine initiale

3. Synthèse d'amines aromatiquesRéduction de RNO2 en RNH2 (formation industrielle d'aniline)nitro-benzène puis soit hydrogénation + cata ou avec NH3+cata. Weissermel p386-387

ConclusionBilan, liste non exhaustive de réactions notamment on n'a pas parlé des propriétés de complexations !

LO 06 – Réactivité électrophile du groupement carbonyle (acides carboxyliques et dérivés exclus)

Niveau : PCPR :notion électrophile/nucléophile, théorie des OM, OF, Huckel, organomagnésiensBiblio : HP, ICO, NTA blanc, Clayden

IntroductionDéfinition d’un composé carbonylé : double liaison COPourquoi s’intéresse-t-on à ce groupement ? Il est dans de nombreux composés naturels (camphre) et il est également très utilisé en synthèse parce qu'il permet de former des liaisons CO et CC, ce qui est très recherché pour la construction de squelettes carbonés !

I. Propriétés du groupement carbonyle1. Structure et propriétés physiques

VSEPR, mésomérie, longueur liaison, angles, énergie liaisonpolarité, conséquences sur T changement d'état

2. SpectroscopieIR → bande vers 1700 cm-1, influence conjugaisonRMN → H aldéhyde sort vers 10ppm

3. RéactivitéHulis → BV confirme électrophilie du Ccomparaison aldéhyde et cétone, angle de Burgi-Dunitz NTA p217

T: On va voir comment utiliser cette réactivité en synthèse organique

II. Interconversion de fonctions1. Formation d'alcool par réduction

Réduction par NaBH4 → mécanisme, conditions (nombre d'équivalents), sélectivitéRéduction par LiAlH4 → moins sélectif, conditions plus duresréduction du camphre ICO modèle moléculaire

T: on a vu que aldéhyde plus réactifs que cétone, comment attaquer cétone alors ?

2. Formation d'acétalsNotion de protectionbilan pour formation hémiacétal, conditions, mécanismeformation acétal à partir de l'hémiacétal, mécanismeapplication à la protection HP

T: et si le nucléophile est un C, on forme des liaisons CC : joie !

III. Formation de liaisons carbone carbone1. Liaison simple

rappel RMgX sur transparent, mécanisme simplifié et exemples

2. Liaison doubleWittig (PN 1979) → bilanformation de l'ylure, définition ylure, force de la liaison P=Oapplication à la synthèse du bombykol Clayden p818 ConclusionOn vient de voir un large panel utilisant le groupement carbonyle comme synthon électrophile et on verra dans une prochaine leçon les propriétés nucléophile de ce groupement en conditions basiques

LO 07 – Réactions en α du groupe carbonyle

Niveau : PCPR : AN sur les composés carbonylés, organomagnésiens, Hückel, RMNBiblio :HP, ICO, Clayden

IntroductionLe taxol, anticancéreux issu de l’écorce de l’if, inutilisable tel quel. Mais on a trouvé dans les feuilles un précurseur où la partie stéréochimiquement compliquée était déjà faite et on a dû créer de nouvelles liaisons CC. Le carbonyle est une fonction centrale du programme, elle permet de créer des liaisons C-C, et c’est souvent le coeur d’une synthèse. Dans cette leçon, on cherche une source de carbone nucléophile. Pour l’instant on connaît les RMgX, dans des conditions très dures. On cherche des réactifs plus doux.

I. Equilibre céto-énolique, vers la nucléophilie des dérivés carbonylés1. Notion de H en alpha

H en α acide, formes mésomèresEchelle de pKa, évolution, effet cumulatif, base à utilisermise en évidence de l'énol : spectre RMN de la dimédone Clayden p524→ attribution pics + pics non attribuables dus à l'énol

2. Equilibre céto-énoliqueEquilibre entre les 2 formes : bilan, valeurs de constantes d'équilibre ICO p555. → équilibre fortement déplacé vers composé carbonylé : énol instable mais exemples d'énols stables (phénol et pent-1,3-dione, valeurs K), explication stabilitéMécanisme en catalyse acide et basique Clayden p526

3. Réactivité des énolatesHulis, paramètres Hückel. HO haute en énergie → nucléophileen contrôle orbitalaire, C alkylationen contrôle de charge, O alkylation

II. Réaction d'alkylation1. Généralités

bilan, mécanisme général

2. Régiosélectivitéautant d'énolates que de H en alpha et donc produits différents, exemplescontrôle cinétique et thermodynamique pour favoriser les énolates

3. Polyalkylationexemples, comment favoriser un des produits

III. Condensation entre dérivés carbonylés1. Aldolisation, cétolisation

contrôle thermodynamique, C-alkylation majoritairebilan pour les 2, déplacement d'équilibre par Soxhlet, explications ICO p625Mécanisme

2. Condensation croiséeon a aldéhyde et cétone en solution, a priori 4 produits donc pas très intéressant... sauf dans le cas où l'un n'est pas énolisable ! Application HP

3. Crotonisationbilan, mécanisme → fait apparaître fonction conjuguée, cool pour la synthèse !

ConclusionRevenir sur la synthèse du taxol et présenter l’étape qui crée la liaison montrée dans l’introduction. Les liaisons CC c'est la vie.

LO 08 – Création de liaisons C=C

Niveau : L3PR :contrôle cinétique et thermodynamique, réaction de β-élimination (E2, E1, E1cb), réaction de Wittig, SN, hydrogénation catalytique des alcènesBiblio : ICO, Clayden, Kurti, Vollhardt, Rabasso

IntroductionLes C=C sont présentes dans un nombre important de molécules naturelles et synthétiques car ce sont des groupements susceptibles d’être facilement modifiés par des réactions diverses et parce qu’ils apportent de la rigidité dans les molécules. Dans les molécules naturelles possèdent ces doubles liaisons (exemples) et il est important de voir de quelle manière on peut obtenir les C=C à partir d'une large gamme d'autres molécules et surtout de maîtriser la stéréochimie de la double liaison formée, en effet, celle-ci peut être Z ou E et avoir des propriétés très différentes ! Ex Clayden p804

I. Réactions d'élimination1. Sur les dérivés halogénés et les alcools

Bilan, 2 mécanismes limites : E2, E1. Discussion rapide sur la stéréo et régiosélectivité. ICO + Clayden p492 exemples

2. CrotonisationRappel sur le mécanisme, exemple ICO p626 + TD

3. Elimination de PetersonRéaction permettant d'obtenir des doubles liaisons contrôlées là où les autres méthodes d'élimination donnent des mélanges de régioisomères

Milieu acideBilan Clayden p813 + mécanisme. Réaction stéréospécifique

Milieu basiqueBilan + mécanisme

II. Réaction de Wittig et réactions dérivées1. Wittig

Bilan ICO p616 + mécanismeOn n'a pas le même produit suivant l'ylure utilisé

• Ylures non stabilisés → alcène Z : contrôle cinétique, irréversibilité de la formation de l’oxaphosphétane, produit cinétique le plus rapidement formé. Clayden p817

• ylures stabilisés → alcène E : formation oxaphosphétane réversible

Synthèse bombykol grâce à Wittig. Clayden p818• ylures semi stabilisés → mélange• Modification de Schlösser

Présence de sels lithiés → alcène E indépendemment de la stabilité de l’ylure. Dérive stéréochimique.Bilan Kürti p489 + méca Rabasso

2. Horner-Wadsworth-EmmonsIntroduction phosphonates qui sont ici utilisés.

Synthèse de phosphonatesRéaction d’Arbuzov. Bilan + mécanisme

HWEBilan ICO p619. Méca non connu.Avantages de cette réaction : élimination phosphite par un simple lavage à l’eau.

Still-GennariModif de HWE où on utilise un éther couronne qui va piéger le cation. Bilan ICO p620. Méca pas bien connu mais en tout cas on voit l’importance de la présence du cation pour une sélectivité donnée + présence CF3 inductif attracteur qui va diminuer réactivité de P.

III. Réduction des alcynes1. Hydrogénation catalytique

Pd de Lindlar pour s’arrêter à l’alcène (empoisonné).Bilan ICO p264 + mécanisme, exemples ICO p269Chimiosélectivité + stéréosélectivité : (Z) car les deux H se mettent du même côté de l’alcyne adsorbé sur le cata. Comparaison sur un exemple de Wittig et de l’hydrogénation d’un alcyne. Clayden p818

2. Réduction par les métaux dissousRéaction radicalaire.Bilan Vollhardt p574 + méca. Alcène (E) car l’anion formé dans le méca adopte la géométrie trans plus stable. Autre alternative : utiliser LiAlH4.

ConclusionOn a vu ici création de C=C mais il existe d'autres façons d'obtenir des C=C en gérant la sélectivité. 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 10 – Réactivité des composés halogénés

Niveau : L1PR : forces intermoléculaires, stéréochimie de base, RMgX, nucléophilie/électrophilieBiblio : Vollhardt, ICO, Rabasso, Carey T2

IntroductionLe terme halogène vient du grec halos (sels) et genes (qui génère). Halogènes : F, Cl, Br, I, At. Ce dernier est radioactif et rare donc peu de connaissance de sa chimie. Ici, composés halogénés : composés comportant un halogène

I. Propriétés des halogènes1. Eléments de la colonne 17

Configuration électronique, comparaison électronégativité, rayon atomique, composés courants

2. La liaison C-XComparaison électronégativité C et X → liaison polariséeénergie de liaison comparée à celle de C-C Vollhardt p216On oublie F car liaison forte avec C

3. Propriétés physiquesTeb plus élevées que alcanes correspondants car interactions de type London

II. Obtention de dérivés halogénés1. A partir d'alcènes

• hydrohalogénationversion thermique : bilan, mécanisme, régiosélectivité type Markovnikov, pas de stéréosélectivité, comparaison des différents HXversion photochimique : bilan, mécanisme, effet Karasch

• dihalogénationbilan, mécanisme, diastéréosélectivité, comparaison des différents substituants

2. A partir d'alcool• action de HX : déjà vu donc juste en parler• PX3, bilan (mécanisme Rabasso p338)• (COCl)2 bilan

3. A partir d'acides carboxyliquesà partir de (COCl)2, bilan

III. Réactivité des halogénoalcanes1. SN

• SN2Observation expérimentale, bilan et loi de vitesse, mécanisme SN2, état de transition et inversion de Walden, comparaison nucléofugacité

• SN1bilan, loi de vitesse, mécanisme, stéréochimie

Rappel sur compétition SN2/SN1

2. Beta élimination• E2

exemple, stéréochimie, explication avec orbitales• E1

exemple, bilan et stéréochimie

rappels compétition E2/E1 et E/SN

3. Addition oxydanteGrignard, exemples avec Mg, Zn et Licomparaison réactivité des halogènes

ConclusionLes réactions principales des dérivés halogénés sont les éliminations et les substitutions nucléophiles. Les RX sont plutôt des intermédiaires de synthèse car très réactifs.

LO 11 – Alcools : synthèse et réactivité

Niveau : L1PR :organomagnésiens, notion de nucléophile/électrophile, VSPER, SNBiblio : Paul Arnaud, Vollhardt 5e edition, HP PCSI, tout-en-un PCSI

IntroductionLes alcools sont les composés les plus simples possédant dans leur structure une liaison simple entre un oxygène et un hydrogène, de formule générale ROH où R est un groupement carboné. On trouve de nombreux alcools dans la nature (menthol, glucose, rétinol..), les plus simples peuvent être utilisés comme solvants et les autres sont souvent des intermédiaires réactionnels en synthèse.

I. Généralités sur les alcools1. Nomenclature et structure

déf alcool, formule générale. On peut les voir comme des dérivés de l'eau où on a remplacé un H. Distinction alcool/phénol/énol (exemples Arnaud p350)VSPER, classes suivant Rnomenclature systématique alcane → alcanol, système avec ramifications, alcool cycliques Vollhardt p286 exemples

2. Propriétés physiqueslongueur liaison, angle T&D p562, moment dipolaire, tableau avec Teb et Tfus→ aucun ROH gazeux à TA, Teb très élevées à cause des liaisons H, certains ROH solubles dans l'eau grâce à liaisons H mais s diminue quand taille R augmente

toxicité des alcools (MeOH → cécité voire mort), EtOH (ICO)

II. Synthèse des alcools1. Dans l'industrie

MeOH, EtOH et iPrOH sont parmi les alcools les plus commercialisés (donner chiffres)MeOH → plus gros tonnage, à partir de CO et H2 + cata , si on met cata = Rh on obtient ethylène glycol essayer de donner des chiffres !EtOH, fermentation des sucres (équation réaction Vollhardt) ou hydratation éthylène

2. Au laboratoire1. Par hydratation d'un alcène

bilan et conditions, mécanisme, on forme l'alcool le + substitué → règle de Markovnikov

2. Par substitution nucléophileattaque de HO- sur RX (Vollhardt, Ten1) , SN2 ou SN1 suivant la classe de R

bilan, mécanismes et exemples → compétition entre SN et E (exemples Ten1)on peut également citer attaque R-Mg-X sur époxyde : bilan, mécanisme, exemplesdiscussion sur régiosélectivité attaque

3. Par action d'un organomagnésienBilan sur une cétone, mécanisme, exemples, tableau récapitulatif

III. Réactivité des alcoolsdue à la polarisation des liaisons C-O et O-H donc 2 manières de réagir :

– rupture liaison OH en milieu HO- → caractère basique et nucléophile de RO-– rupture liaison C-O en milieu acide → formation de R+ ou SN

schéma T&D p564 ROH est donc un amphotère

1. Réactions acido-basiques1. Propriétés basiques

équation bilan, tableau de pKa et discussion→ csq : ROH base dans acides forts et acides de Lewis (schéma de prédominance)L’ acide conjugué de l’alcool R – OH2+ a les mêmes possibilités d’évolution que les R – X. Les mêmes types de réaction ont lieu plus généralement après attaque par des acides de Lewis : SN, E (formation de RX ou alcènes)

– formation d'un RX par action de HX bilanRéaction lente et conduit à un équilibre. Réaction inverse de l’hydrolyse d’un RX.Favorisée dans le sens de formation du RX en présence de HX cc en excès et dansle sens opposé par excès d’eau, si possible en milieu basique.Influence de R et de HX, SN1 ou SN2 → test de Lucas (T&D p573)

– par action d'un composé inorganique bilan et conditions

2. Propriétés acidesformation des alcoolates, équation bilan, tableau de force des pKa et commentaires T&D→ csq : comment préparer RO- ? Soit par A/B en solvant non aqueux et base forte, soit par redox avec métaux alcalins (équations)

2. En tant que nucléophile– estérification, bilan– synthèse de Williamson, bilan, influence classe RX, concurrence E ↔ SN

Conclusionbilan (transp « soleil ») Les alcools sont très utiles en synthèse puisqu'ils peuvent être convertis en de nombreuses autres fonctions comme alcène ou carbonyles.

LO 12 – Biomolécules, oses, structure et réactivité

Niveau : L3PR : Notions de bio, polymères, chimie orga de base, protection Biblio : Vollhardt, OCP 99, NTA vert

IntroductionChez les hommes et les animaux, un polymère appelé glycogène Vollhardt p1129 permet de stocker l’énergie. Ce polymère est particulièrement intéressant car il présente la faculté de libérer du glucose pour maintenir la glycémie à un taux correct grâce à une enzyme. Son monomère constitutif a une structure bien particulière qu’on appelle ose et dont on va étudier les propriétés dans une première partie.

I. Généralités1. Présentation

déf ose avec formule brute Vollhardt p1097, OCP 99. aussi sucres ou glucides.Nomenclature, exemple glucose (sang), fructose (fruits), ribose (ADN)flexcam : Vollhardt p1100 famille d'oses

T: Les oses peuvent être représentés sous forme cyclique ou ouverte. Mais les représentations habituelles (Cram/chaise) apparaissent mal adaptées

2. ReprésentationsLa plupart des oses sont chiraux : représentation de Fischer et non R et S

• Fischer : principe et exemples sur ose simple Modèle moléculaire• Haworth : principe, exemple et passer de Fischer à ça

Nomenclature L et D, α et β

T: Comment et combien de formes d'un même sucre peut-on trouver en solution ?

3. Formes en solution et effet anomèreÉquilibre mais formes cycliques majoritaires par raisonnement thermo et cinétique OCPJustification représentations fructose et glucose (tout en équatorial).Carbone anomère, conformations α et β. Proportions dans ≠ solvants, effet anomère (Carey, OCP). Ex de la mutarotation du glucose (Vollhardt p1105)

T: position anomérique particulière pour sucres. Elle a aussi réactivité particulière.

II. Réactivité1. Du carbone anomérique

exemple glycosylation. Vollhardt p1114 mécanisme (on forme le carbocation). La

position anomérique est désormais bloquée → le sucre n’est plus réducteur.SN2P, assistance anchimérique. OCP p33On va former des polymères de sucres → retour sur l’exemple du glycogène.

2. Protection/déprotectionNécessité (ex synthèse de la vitamine C (Vollhardt)).

• Totale : acétylation/méthylation (Vollhardt).• OH porté par le carbone anomère : méthylation.• OH primaire : groupement trityle (OCP).• OH secondaires : que si reste protégé, ou par acétalisation avec de l'acétone.

Conditions de déprotection dans chaque cas, orthogonales si plusieurs groupements.

3. Réaction d'oxydoréductionIci dans cette partie on va considérer la chaîne ouverte.

Réductionalditols = produits issus de la réduction des aldoses et des cétoses, exemples

Oxydation- Oxydation par HNO3, exemples- Clivage oxydatif des oses, méca +exemples de dégradation.

III. Détermination de structures1. Tests caractéristiques

Réactif de Tollens et liqueur de Fehling (Vollhardt), équations bilanexp : Tests en live sur une solution aqueuse de glucose.

T: Autres moyens : rajouter ou enlever des C de la chaîne principale

2. Homologationon part de sucres qu’on ne connaît pas et on va se ramener à des sucres qu’on connaît.formation d’une cyanhydrine suivi d’une étape de réduction, exempleVersion améliorée et abrégée de ce que l’on appelle la synthèse de Kiliani-Fischer.

T: Possibilité de rajouter un C mais possible d’en supprimer grâce au procédé inverse

3. Dégradationdégradation de Ruff. C’est une décarboxylation oxydative, exemple + mécanisme.Problème : rendements souvent pas très bons à causes des conditions expérimentales.

ConclusionRéaction de dimérisation du glucose. Les oses peuvent polymériser pour former de la cellulose, amidon autant de polymères vitaux qui seront l'objet d'une prochaine leçon.

LO 13 – Le bore en chimie organique

Niveau : L3PR : hydroboration, dérivés carbonylés, amines, stéréochimie, oxydation, réduction, angle de Bürgi-Dunitz, migrationBiblio : Rabasso, Clayden, Kurti, HP PC, ICO, Bruckner, Emsley

IntroductionLe bore a été découvert en 1808, et on a vu le développement de sa chimie dans les années 1950. Il est également à l'origine d'un Prix Nobel pour Brown (conjointement à Wittg) en 1979 ce qui montre l'intérêt pour la chimie des hétéroéléments. Maintenant la chimie du bore très répandue et permet de nombreuses réactions ou intermédiaires de synthèse. Nous allons essayer de comprendre sa réactivité pourcomprendre son intérêt en chimie organique.

I. Le bore et ses composés1. Propriétés

Position dans CP, Z, configuration électronique, électronégativité Pauling à comparer avec celles de C, O, H → électropositif. Emsley

2. Composés• borane

formule de Lewis avec lacune (acide de Lewis!), VSEPR, dimérisation, stabilisation avec le solvant RabassoAlkylboranes : ex 9 BBN, Cy2BH, Sia2BH‐

• autres composés : NaBH4, acide boronique, borique

3. Réactivité2 géométries possibles : trigonal plan avec lacune ou tétraédrique avec charge négative Trigonal plan : électrophile, acide de Lewis car orbitale p vacanteTétragonal : liaision B-R avec charges partielles, nucléophile (hydrure par exemple)

T: la réactivité du B repose sur le passage incessant entre ces 2 formes

II. Obtention et réactivité des organoboranes1. Hydroboration

Rappel : bilan HP p541

• Régiosélectivité : modulée par gène stérique mais aussi effets électroniques ex ICO p216, ≠ entre styrène et paraméthoxystyrène, calculs de charges sur Hulis.

• Chimiosélectivité : attaque sur alcène le moins encombré

• Stéréosélectivité : syn-addition, addition concertée• Stéréospécificité : sur alcène Z ou E → on obtient autre diastéréoisomère.

Mécanisme pour monoalkylation et possibilté d'aller jusqu'à trialkylation. Influence del'encombrement de l'alcène sur nombre d'alkylationHydroboration assymétrique, introduction C* permet un transfert de chiralité Rabasso

2. Formation de liaisons C-O et C-N1. Obtention d'alcool

règle anti-Markovnikov, hydrolyse par H2O2+NaOH, Mécanisme avec rétention de configuration. HP p543 noter passage trivalent, tétravalent.

2. Obtention d'amineMême principe que C-O, réactif utilisé, mécanisme, Clayden p1283, ex Carey p206

3. Formation de liaisons C-CAddition allylboranes : introduction d'une chaîne allyle, bilan. Allyboration racémique. ≠ avec alcène Z ou E. Mécanisme 6 centres avec ET ClaydenAllyboration énantiosélective avec ET + exemple Rabasso p158

III. Réduction par les dérivés du bore1. Les hydrures

NaBH4 = donneur d'hydrures, ne réduit que aldéhyde et cétone, mécanisme ICO p582

• Chimiosélectivité: aldéhyde > cétone, pour réduire cétone sélectivement : conditions de Luche Bruckner p273

• Stéréosélectivité : angle Burgi-Dunitz, comparaison camphre et norbornanone ICO p583

On peut jouer sur chimiosélectivité : comparaison réduction par NaBH4, NaBH3CN, LiBH4Clayden p622

2. BoraneDifférence avec donneur d'hydrure:pas ion et acide de Lewis ! Réactivité différente, réduit acide carboxylique. Explications Clayden p619Exemple comparatif : BH3/LiBH4 Clayden p620

ConclusionBilan soleil. Grande gamme de réactivité, liste non-exhaustive. Il y a également le couplage de Suzuki qui a obtenu un PN en 2010. Le grand intérêt des composés borés : non toxiques donc super pour médicaments ! Rabasso p134, Kurti p448

LO 14 – Réactions radicalaires en chimie organique

Niveau : L3PR : OM, effet Karasch, délocalisation électronique, groupement donneur/attracteurBiblio : Clayden, Fossey, Bruckner, ICO

IntroductionLes 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.Historiquement c'est le radical triphénylméthyle qui a été découvert le premier en 1900 (modèle moléculaire) mais ce n'est qu'avec des travaux comme ceux de Morris Karasch que les radicaux sont vraiment entrés en synthèse organique.

I. Les radicaux1. Propriétés et formation

déf radical, réaction radicalaire Clayden p1022

formation : • A partir de molécules non radicalaires :

homolyse de liaison faibles, activation photochimique ou hautes T, exemples et valeurs d'énergies de liaison Clayden p1020

• A partir d'autres radicaux : substitution, addition, réduction, élimination radicalaire, exemples Clayden p1023

radicaux très réactifs mais existe radicaux persistants, temps de ½ vie, ex Clayden p1024

2. StabilitéValeurs d'enthalpie de dissociation pour radicaux Clayden p1026 Explication de cette stabilité Fossey p54 effet de substituants électroattracteur ou électrodonneur (exemples+diagramme) Clayden p1027

Cinétique, facteurs stériques Fossey p56

3. RéactivitéRadicaux : électrophile ou nucléophile. Fossey p73déf SOMO, SOMO réagit avec HO et BV d'un autre réactif, différents comportements si SOMO de faible ou de haute énergie Clayden p1045

II. Interconversion de fonction1. Halogénation en position allylique

rappel halogénation radicalaire Clayden p1035 Ex bromation du cyclohéxène : 2 produits, on n'en veut qu'un!→ halogène en position allylique en utilisant NBS. Clayden p1038 Méca, NBS permet faible concentration en Br2, contrôle régio et chimiosélectivitéexpliquer pourquoi on introduit X en allylique et pas ailleurs (cf Partie I!) : le radical allylique est stabilisé par conjugaison.

2. DéfonctionnalisationBarton Mc combie, bilan, mécanisme Bruckner p34

3. Procédé au cumèneBrückner p31 Auto-oxydation du cumène, bilan + mécanismeApplication industrielle, par transposition, on obtient acétone et phénol (bilan)

III. Formation de liaisons C-C1. Polymérisation du styrène

mécanisme, données industrielles, régiosélectivité mais on ne contrôle pas bien la tacticité ICO p222

2. Condensation entre un alcène et un halogénoalcanemécanisme, exemple, intérêt du nitrile, ce qu'on peut en faire par la suite (ex hydrolyse → amines)

ConclusionBilan rapide. Les radicaux sont responsables de cancers : coup de soleil qui crée radicaux mais le corps humain utilise la vitamine E pour « apprivoiser » le radical, en le transformant en radical moins réactif donc moins dangereux. Clayden p1024

LO 15 – Conformation et configuration

Niveau : L1PR : isomères de constitution, nomenclature fonctions chimiques, représentations de Cram et Newman, formule topologique (TS),VSEPR, lumière polarisée (L1)Biblio : HP PCSI, Clayden, ICO

IntroductionLes propriétés des substances, et en particulier leur réactivité, dépendent de l’arrangement spatial de leurs atomes (ex thalidomide). Il est donc primordial de s’intéresser aux représentations des structures dans l’espace. Vous avez déjà abordé la notion de conformation en terminale. Définition et exemple Clayden p448

Utiliser des modéles moléculaires pour toutes les molécules étudiées et pour le plan du cyclohexane dessiner un trait sur une feuille blanche à montrer à la flexcam !

I. Analyse conformationnelle1. Rappels et définitions

Déf conformation, rappels sur l’éthane : formule brute, Cram, Newman

2. Chaîne linéaireButane : représentation Newman, modèle moléculaire → gène stérique a contribution significative, E=f(θ) et nom des conformationsBarrière de conformation vs. Agitation thermique. Odg Clayden p454Autres alcanes plus longs : formule topologique en « zig zag » justifée.

3. Chaîne cyclique

• Cyclohexane : plan ne respecte pas VSEPR mais conformations qui respectent angles et liaisons, Ep=f(θ), plan moyen du cycle, positions axiales/équatoriales.

• monosubstitué : csq inversion chaise. Interactions 1,3 diaxiales et gauches.• di substitué : cas substituants 1,2 et 1,3 (+ gros en équatorial), déf cis/trans avec

modèle de Cram, inversion ne modifie pas cis/trans.• configurations bloquées : camphre, adamantane

II. Analyse configurationnelle1. Définitions

Stéréoisomérie de configuration, carbone asymétrique, énantiomères et diastéréoisomères et exemples. HP p174

2. Stéréochimie du carbone asymétriqueCarbone asymétrique, règles CIP, configuration absolue, exemple de détermination de configuration

3. Stéréochimie configurationnelle de liaisons C=Calcènes Z/E, une simple rotation permettrait de passer du Z au E mais il faut rompre la liaison π (E= 200kJ/mol) → pas des stéréo-isomères de conformation.

4. Propriétés physico-chimiques de stéréoisomères• Diastéréoisomères

Propriétés physico-chimiques ≠ : exemple acide fumarique et maléique (donner Tfus)

• Enantiomèresnotion de chiralité, déf mêmes propriétés physico-chimiques sauf vis-à-vis d'une lumière polarisée ou d'un réactif chiral, mais on peut les distinguer quand même! → physique : polarisation de la lumière + loi de Biot + polarimètre + mélange racémique→ chimie : pas les mêmes interactions avec d’autres molécules chirales (exemple des récepteurs olfactifs)

III. Stéréochimie dynamique1. Réactivité des conformères

Exemple de E2 : cyclohexane substitué ICO p361

2. Dédoublement racémiqueProblématique : on ne veut qu’un énantiomère sur les deux.Méthode : soit on a de la chance (Pasteur!) et les énantiomères cristallisent différemment, soit on fait dédoublement racémique, principe et exemple

ConclusionBilan HP p188Les 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. Certaines conformations sont réactives et pas d'autres (élimination en trans beaucoup plus que en cis). Les conformations les plus stables ne sont pas forcément les conformations les plus réactives

LO 16 – Réaction d'élimination en chimie organique

Niveau : L1PR : SN, notion de nucléophilie/basicité, stéréochimie, cinétiqueBiblio : Carey T1, Reichardt, T&D PCSI, Tout-en-un

IntroductionDans la leçon précédente on a vu les différents mécanismes de substitution nucléophile. On a vu notamment que sur cet exemple Tout-en-un p837, il y a un sous-produit qui ne semble pas issu d'une SN. Il est le produit d'une réaction d'élimination due au fait que les nucléophiles sont aussi des bases en général, définition élimination. Il existe trois types d'élimination α, β, γ avec exemples Carey, mais on va se limiter aux β.

I. Trois mécanismes limites1. E1

Procéder par analogie avec SN1bilan, conditions, loi de vitesse ordre 1 → ECD = formation carbocationtracé Ep=f(CR), mécanisme, dessiner les ET, origine du nomtransp : tableau résumé

2. E2loi de vitesse, profil réactionnel, mécanisme, dessiner les ET, origine du nomtransp : tableau résumé

3. E1cbidem transp : tableau résumé

T: on a vu à travers les exemples qu'on pouvait former différents alcènes en différentes proportions → sélectivité !

II. Sélectivité des réactions d'élimination1. Régiosélectivité

cas avec plusieurs H portés par des carbones en β → Zaitsev, produit le + stable si base très encombrée → Hofmann, alcène le moins substitué

2. Stéréosélectivité1. E2

ET impose que H et X soient en anti → impose stéréosélectivité ex Clayden p491 → on obtient des dia → diastéréosélectivité (spécificité même)

2. E1on forme E majoritaire car plus stable, diagramme Ep=f(CR) Clayden p488on perd la spécificité

3. Compétition régio-stéréosélectivitécas d'un cyclohexane ex du menthol Clayden

T: Comment joue-t-on sur le type d'élimination ?

III. Influence de différents facteurs1. Compétition entre les différents mécanismes d'élimination

mécanismes d'élimination sont en fait mélange des 3 mécanismes limites : on symbolise ça par un diagramme Ep en 3D, diagramme de More O'Ferrall Carey p370cas de l'halogénure d'éthyle : bilan pour E1, E1cb

4 caractéristiques ressortent :• nature du RX pour base diluée → E1 pour R(III)• solvant → polaire favorise E1, E1cb• concentration base → E2

2. Compétition élimination-substitutiondans un tableau

• influence classe RX• nucléophilie/basicité réactif• T haute → favorise E

ConclusionLes réactions d'élimination permettent de forme des liaisons C=C mais sont rarement utilisées en synthèse parce que les réactions parasites comme les SN interviennent beaucoup même si on sait comment favoriser les éliminations.

Remarques :dire à un moment que élimination est l'inverse d'addition sur alcène, et que l'on forme des alcènes !

LO 17 – Oxydation en chimie organique

Niveau : L3PR : Oxydoréduction (en solution aqueuse), chimie organique de L1 et L2, chimie organométallique et catalyse homogène : notions de base et mécanismesBiblio : Carey T2, ICO, OCP6, Rabasso, Kurti

IntroductionEn chimie organique, la méthode de détermination du DO est similaire à la chimie inorganique (rappels et exemple sur H2O). Mais pour but-1-ène et but-2-ène on pourrait penser que l'isomérisation est une réaction rédox ! On introduit autre déf de réaction rédox : réaction dans laquelle le DO moyen d'un type d'atome augmente → 5 classes de réactions rédox OCP

I. Oxydation de fonctions oxygénées1. Oxydation par les métaux de transition

1. composés à base de Cr(VI)Utilisation de Cr(VI) sa forme dépend du solvant utilisé (AcOH→ anhydrides mixtes, pyridine → liaison Cr-N) mais toujours DO(VI) et oxydants puissants Carey p615Sélectivité élevée en prenant Cr et conditions particulières.Ex : réactif de Jones, bilan et exemple mais réactions parasites (ICO p410)application à l'éthylotesttransp : autres réactifs de Cr(VI) PDC, PCC, Collins (tableau)mais problèmes : Cr toxique, non sélectif, utilisé en quantités stoechiométriques

2. Oxydation catalytiqueUtilisation de TPAP avec cooxydant NMO. Rabasso p196, OCP p26Ex : 2 alcool présents, un secondaire et un allylique , c’est l’allylique qui est oxydé !Il existe un autre réactif qui est lui aussi sélectif !

3. Oxydation sélective des alcools allyliquesCarey p619 les alcools non activés réagissent très lentement avec MnO2. bilan

2. Oxydation par composés à base d'hétéroatomes1. Swern

bilan, mécanisme, pas de suroxydationoxydant stoechiométrique, DMSO à activer, méthode très populairemais problème : Me2S pue, chlorure d'oxalyle pas top

2. Dess-Martinbilan, exemple, mécanisme (mettre les DO de l'iode)avantage et inconvénients (Rabasso p191)

3. Oxydation de PinnickKurti exemple, mécanisme (transp)

Nécessité de contrôler le pH, d’utiliser le 2-méthyl-but-2-ène pour réagir sur l’acide hypochloreux formé in situ. Problématique de l’oxydation simultanée des alcènes

II. Oxydations d'hydrocarbures insaturés1. Epoxydation des alcènes

avec peroxyde : exemple avec sélectivité (Carey p632), mécanismeépoxydation de Sharpless : bilan Rabasso p220

2. Dihydroxylation1. via époxyde

mécanisme en milieu acide et basique, dihydroxylation trans

2. Dihydroxylation cisavec KMnO4 : bilan, mécaavec OsO4 + cooxydant : bilan, méca Kurti p406, quantité catalytique

3. Procédé WackerMeca, exemple, réaction régiosélective, ici O2 stoechiométrique et CuCl cooxydant

III. Clivage oxydant1. Alcènes

Ozonolyse : rappel des différentes conditions de traitement. Il y a mieux :oxydation de Lemieux-Johnson. Exemple (ICO 2 p212). On combine dihydroxylation et clivage

2. DiolsExemple OCP p39 avec NaIO4. Même type de réaction avec Pb(OAc)4. Mécanisme avec do de l’iode

ConclusionExposé loin d’être exhaustif : fonctionnalisation (cf Baeyer-Villiger), oxydation d’hétéroatomes… Intérêt actuel autour de l’oxydation des liaisons C-H sur C non fonctionnalisé. Le must c'est la recherche de sélectivité, mais la nature le fait mieux que nous, sélectivité = gros défi en recherche.

LO 18 - Méthodologies de synthèse respectueuses de l'environnement

Niveau :L3PR : Chimie orga de L2, rétrosynthèse, protection. Catalyse, biochimie de baseBiblio : Antoniotti, Lancaster, « Catalysis », Arnaud orange, (ICO, Chimie3, Loupy, Shriver, Atkins : exemples)

IntroductionLa chimie est pour beaucoup l'opposé d'une science respectueuse de l'environnement, elle jouit d'une mauvaise image auprès du grand public. Aujourd'hui besoins environnementaux, or la chimie est au cœur de la société → elle doit s'adapter aux contraintes. Chimie verte 1998 Anastas : 12 principes, on les verra au fur et à mesure.Dans cette leçon, on va se mettre dans la peau d'une chimiste organicien et prendre un point de vue : celui de la chimie respectueuse de l'environnement. Bien sûr les critères du chimiste (rendement, pureté) resteront des critères mais il y en a d'autres en plus. Comment la synthèse chimique est-elle reliée à l'environnement ?Avant la synthèse(origine des réactifs, solvants), pendant (énergie, risques), après (déchets au sens large). Une synthèse c'est 2 phases : la conception (choisir la suite de réactions) et la mise au point (choisir les conditions).

I. Choix des réactions1. Origine des réactifs

bien dire en quoi c'est de la méthodologie de synthèseHémisynthèse vs petrochimie : extraction ou pleins d'étapes ? Ex caféine/taxol ICO. Notion de renouvellement : pétrole et biomasse, temps de formation du pétrole est long devant sa consommation → non renouvelable. Antoniotti p20 principe 7Recyclage des produits industriels

2. Limiter les sous-produitsLancaster p26 Rejet de Hg, transformé en HgMe2 toxique par l'écosystème → 50 morts. Facteur E + tableau exemples valeurs, PA p595Valorisation : Procédé au cumène Lancaster p28 mieux : éviter les déchets principes 1, 10, 11 → suivi en continuEconomie d'atomes : DA/Wittig Antoniotti, sélectivité, pas de GP principes 2, 8Stéréosélectivité : thalidomide ICO p85 principe 4 Celle-ci est permise grâce à la catalyse principe 9

3. Catalyse Ibuprofène → utilisation catalytique plutôt que stoechiométrique Lancaster-Quantité cata : Comparaison sur acylation Lancaster p113

-Biocatalyse : Doux, sélectif. Antoniotti p93-Multicatalyse. Dédoublement dynamique Antoniotti p166principe 9

II. Choix des conditions expérimentales1. Choix du solvant

Lancaster, Antoniotti• Eau • sans solvant : chalcone principe 3

• non usuels : Fluides supercritiques Chimie3 CO2 : Diagramme PT, point critique, zone d'utilisation

• liquides ioniques : déf, polarité, hydrophile mais insoluble dans l'eau, thermostable, modulabilité des ptés. Exemples.

Compromis avec cout énergétique → on en a pas encore parlé

2. Techniques d'activation et économie d'énergie Loupy principe 6Sonochimie : Commutation sonochimique. Ex C-O-alkylationMicroondes : Chauffage sélectif (tableau solvants) + abaissement de ∆G≠

3. Sûreté Lancaster Risque=Dangerosité * Exposition. On pourra jamais limiter l'exposition à 0, donc on considère la règle « what you don't have can't harm you ». Dose Létale.Principes 3 et 12

ConclusionRappeler voire compléter les 12 principes, comparaison sur l'aspartame (ICO vs Catalysis) ou Ibuprofène. Bilan avec mots clés. En réalité aucune synthèse n'est parfaite (ex : une réaction efficace contient des composés réactifs et donc potentiellement dangereux) et on manque de recul pour savoir vraiment quels choix il faut faire pour l'environnement. Il faut considérer un cycle de vie complet, et ce n'est pas facile. La chimie verte est jeune mais c'est la chimie du futur.

LO 19 – Organométalliques

Niveau : L2PR : RMgX, A/B, Nucléophilie/électrophilie, SN, Dérivés halogénés, Dérivés carbonylés, Acides carboxyliques et dérivés, Époxydes, notion de chimie radicalaireBiblio : Astruc, Clayden, ICO, Bruckner, OCP

IntroductionDéf composé organométallique ICO p499, Beaucoup de métaux (montrer CP, ICO p499)Déf métal et métal de transition. (Al, Zn, Sn, Mg, Li, Cu) Composés très réactifs, on en trouve qu'un à l'état naturel la cobalamaine mais très grande utilité en chimie organique ! Clayden p210, chap organométalliques Exemples : Hormone juvénile 7 sur les 16 liaisons formées à partir d’organométalliques. Objectif : comprendre intérêt de ses composés, leur synthèse, leur réactivité

I. Généralités sur les organométalliques1. Présentation

Ici uniquement Zn, Li, Mg, Cu. MAIS il en existe d’autres, exemplesPolarité due à EN, EN des différents organométalliques considérés ici.Inversion de polarité (Umpolung) énergie liaison faible, à comparer avec celle du C Nomenclature ICO p500

2. Réactivitémodélisation en R- / M+ d’où plusieurs propriétés.

• Basicité de Brönsted : odg pKa , à tout prix éviter les espèces protiques. (dire que les lithiens sont souvent utilisés comme base !!).

• Nucléophile : plus ≠ d’EN grande, plus composé Nu donc on aura des réactivités plus élevées pour Mg, Li que Zn. donner les Δ(EN).

• Acidité de Lewis de M :nécessité d’être stabilisé par le solvant. Solvant aprotique et sans site électropositif. alcanes conviennent pour Li, Mg a besoin d’être stabilisé, schéma de stabilisation.

→ organométalliques = intermédiaires de réactions !

II. Mode de préparation des organométalliques1. Insertion oxydante

RMgX, RLi , R2Zn ICO p368 réaction redox. Bilan et ex. Calcul de DO, ICO p366

2. Echange halogène-métalPrincipe ICO p517 appariement entre espèce les plus dures.

Avec Li seul : perte partielle de la stéréochimie.Exemples avec rétention de configuration : RMgX, RLi , R2Zn ICO p518

3. Déprotonation Formation des alcynures. Clayden p213 (principe avec pKa et exemple) Ortholithiation. Principe Clayden p214 et exemple ICO p513 synthèse d’un intermédiaire du fludioxinil (fongicide agricole)

4. TransmétallationPrincipe Clayden p217, cas du LiOrganoétains fortement utilisé pour former lithien délicat. Notamment permet degarder stéréochimie. Exemples ICO p520, possibilité de faire l'inverse. ex ICO p518 Clayden p217 formation d’un dialklylzinc, pour conservation des livres anciens.

III. Organométalliques en synthèse1. Substitution nucléophile

déjà vu sur RMgX, et les autres ? époxydes. ICO p541 : organolithien, Et2Al-RBilan (et mécanisme sur transparent car déjà vu )

2. Addition nucléophile1. sur les aldéhydes et cétones

méthode très importante de création liaisons CC, bilan, mécanisme, exemple Clayden p214, réactions secondaires BrucknerCas des aldéhydes et cétones α-β insaturés Clayden p235 comparaison des attaques 1-2 et 1-4, mécanisme dans le cas 1,4. contrôle orbitalaire ou de charge, exemple OCP p26 calculs Hulis à montrer

2. sur les acides carboxyliquesBilan et méca Clayden p219, ex : synthèse de la méthicilline

3. DéfonctionalisationRéduction des halogéno-alcanes par Bu3SnH, ex Clayden p1041 Justification du fait que la réaction soit thermodynamiquement favorisée et de l'utilisation de AIBN, mécanisme

ConclusionOn a vu un grand nombre de réactivités des organométalliques, même si on a finalement vu qu'un petit nombre d'organométalliques.Mais on a aussi vu les limites de l'utilisation des organométalliques qui sont des conditions très difficiles à mettre en place. Les organométalliques de transition jouent un rôle primordial en chimie organiquemoderne à travers la catalyse par les métaux de transition dont les couplages au Pd (PN2010).

LO 20 – Chimie organique dans l'industrie

Niveau : L3PR : Chimie organique de L1, L2, L3 ; polymères, catalyseBiblio : OCP30, Perrin, Weissermel, Vollhardt, Housecroft, Antonietti, ch27 Paul Arnaud

IntroductionLa chimie n’est pas seulement une science de laboratoire ou théorique. C’est cette dualité qui fait de la chimie une science particulière : son utilisation en sciences. Médicaments, polymères textiles, carburants et plastiques... En TP en laboratoire, les synthèses ne dépassent pas le g et prennent comme critère le rendement ou la pureté.Synthèse au laboratoire de la Tromboxone (ozonolyse, colonne de séparation)OCPEn industrie, les produits sont synthétisés sur le kg (voire la T, kT), et il y a beaucoup plus de critères qui seront vus au cours de cette leçon.

I. Du laboratoire vers l'industrie1. Problèmes liés au changement d'échelle

au labo : béchers et ballons en verre mais cassants, sensibles à T et Pen industrie : verre impossible, métal + résistant mais pas inerte, on combine verre et métal pour réacteurs, description OCPMesure de volume → mesure Δm. Evaporation à sec impossible, solvants plus volatils.Reprise de l’exemple de la Tromboxane : pas de chromato colonne, pas de basse T

2. Problèmes liés à la sécurité et environnement

• Sécurité : pas de O3 (dangereux), tout hermétique et rien de très volatil pour protéger les employés. Insister dessus : la sécurité est toujours la priorité n°1. Des catastrophes arrivent et donnent une mauvaise image de la chimie

• Considération des déchets : solvant organique = déchet toxique mais peut être traité et réutilisé. Traitement dur de l’eau avant de la relacher, déf facteur E <1 en chimie lourde, ≈100 en chimie fine

• considérations énergétiques : Perrin parfois couplés avec les réacteurs : énergie fossile = matières 1re parfois, nucléaire, énergies renouvelables, exemples

3. Choix de voie de synthèseRetour tromboxane : synthèse industrielle (à résumer depuis OCP)Critères pour synthèse industrielle : succès, produits de départ, sécurité... OCP p9

T: aperçu des procédés industriels, parlons plus particulièrement de l’industrie chimique.Schéma Paul Arnaud, on parlera plus particulièrement des produits de départs

II. Accès aux produits de base1. Carbochimie

Schéma simplifié, carbochimie = industrie de transformations chimiques des houilles et leurs dérivés, origine du charbon, déf de houille, coke. Procédé Fisher-Tropch

2. Petrochimiepétroles bruts = mélanges d’hydrocarbures acycliques et/ou cycliques, de C1 à C40 environ → raffinage pour obtenir essence : schéma Paul Arnaud, explication des étapes

• déssalage du pétrole brut (élimination du sel)• distillation : séparer les hydrocarbures• craquage : couper les chaînes longues, bilan• reformage : augmenter la concentration en hydrocarbures aromatiques pour

chaînes moyennes, mécanisme de la réaction PerrinPour chaînes courtes, pétrochimie → obtention d'intermédiaires de 1re génération vapocraquage, comment faire et tonnages

T: tableau Paul Arnaud le pétrole est de moins en moins utilisé !

3. Matières renouvelablesRessources renouvelables : notion de temps de reconstitutionPerrin p112 Produits dérivés des agroressources : glucose → ethanol → pleins de trucsProblème, l’éthanol est trop cher (pour l’instant)Utilité des agroressources : produits à haute valeur ajoutée. Hémisynthèse ex Antoniotti.

T: On a vu dans cette partie que l’éthylène était formé à très haut tonnage, que fait-on quand on a plein d’éthylène ? Du polyéthylène donc des polymères!

III. Exemples de procédés en chimie fine1. Polymères

tableau Paul Arnaud → on produit vraiment beaucoupexemple à partir du benzène : 2 types de nylon 6-6Tacticité : ex Ziegler-Natta Housecroft on l'ajuste selon les propriétés recherchées

2. Industrie pharmaceutiquetaxol : molécule compliquée, son extraction ravage des ifs du pacifique → hémisynthèse à partir d’un précurseur présent dans les feuilles d’ifs anglais plus répandus Vollhardt

ConclusionLa chimie industrielle est partout, de nombreux efforts sont faits pour effacer cette image négative de la chimie qui circule à cause des catastrophes.

LO21- Catalyse en chimie organique

niveau : L3PR : cinétique chimique, notion de thermodynamique, cours organométallique de base (notion de ligand, étapes principales, calculs des DO, NEV), hydrogénation catalytique Biblio : Scacchi, Astruc, Mathey, Housecroft, Carey, OCP 99

IntroductionOn sait qu'une réaction n'a lieu que si c'est ok pour la thermodynamique, mais certaines réactions sont très lentes et ainsi donnent l'impression de ne pas avoir lieu. On cherche donc à accélérer la réaction et pour cela on emploie des catalyseurs. On a déjà vu cette notion l'année passée dans le cours de cinétique, on va les étudier plus en détails.

I. Généralités sur la catalyse1. Définitions

Scacchi chapitre 6, Housecroft p906déf catalyseur, mode d'activation, diagramme Ep=f(CR), catalyse aussi réaction inverse. L'énergie d'activation globale est plus faible que celle de la réaction non catalysée.Important : ne change pas la thermodynamique, ne rend pas possible une réaction que la thermodynamique refuse.

2. ClassificationAstruc p347 (transparent)avantages, inconvénients et exemples de chacun

3. Choix du catalyseurHousecroft p908Plusieurs facteurs à prendre en compte : aspect financier, concentration catalyseur nécessaire, turnover, sélectivité, fréquence du renouvellement def TON et TOFsélectivité sur l'exemple de la conversion du propène en aldéhyde Housecroftidée de catalyse asymétrique

II. Catalyse acido-basique1. Acide de Bronsted

réactions impliquant une attaque nucléophile sur un carbonyle sont très souvent catalysées par des acides ou des bases. (exemples)La catalyse a lieu lors l'acide conjuguée ou la base conjuguée du réactif est plus réactive que l'espèce neutre HulisClayden p290 estérification des carbonyles : seuls les acides forts de Bronsted sont assez forts pour protoner la paire libre de l'oxygène. Mais même si les proportions sont très faibles, cela suffit à augmenter énormément la vitesse de réaction parce que le

carbonyle a été transformé en très bon nucléophile. Donner exemple estérification alcool + acide carboxilique car catalyse acide au départ et 2e lors du départ de l'eau

2. Base de Bronstedcatalyse peut être aussi basique et hétérogène: crotonisation avec soxhlet (bilan, explication montage)

3. Acide de Lewismukayiama aldol Kurti, Carey T2 réaction entre éther d'énol silylé et dérivé carbonylé avec acide de Lewis. Les éther d'énols silylés pas suffisamment nucléophiles pour réagir directement mais avec cata acide de Lewis c'est bon. Bilan Carey , mécanisme KurtiOn crée un centre stéréogène dont la configuration va dépendre de l'encombrement de l'éther d'enol. L'état de transition est acyclique → tableau des valeurs Carey

III. Catalyse par les métaux de transition1. Homogène

représentation des cycles catalytiques et contraintes générales Astruc p351étude d'un cycle catalytique sur l'exemple du procéde Wacker, on nomme les différentes étapes, compte les électrons et DO.

2. Hétérogènehydrogénation catalytique, bilan, quel est le catalyseur, aspects stéréochimiques, mécanismes, utilisation de catalyseur empoisonné

3. Application à la chimie industrielle Housecroft, OCP Lorsque l'alcène ne présente pas de chiralité, le catalyseur de Wilkinson ne peut que former un mélange racémique d'énantiomères (ex)Mais pour la synthèse de médicament il peut être très important de maîtriser la stéréochimie du produit puisque par exemple le L-DOPA est une substance qu'on utilise dans le traitement de Parkinson. OCP p82 L'étape clef est l'hydrogénation catalytique de l'acide substitué que l'on transforme en L-DOPA par la suite. Pour cela → catalyseur avec ligand chiral, DIPMAMP sur un complexe de Rhodium.On a a la fin le produit désiré avec rdmt et ee excellent

ConclusionOn a vu l'intérêt de la catalyse, son utilisation. C'est un secteur à l'origine de nombreux Prix Nobel 2007 Ertl (travaux sur la chimie des surfaces solides, qui intéressent de nombreux secteurs industriels et ont notamment servi à la réalisation des pots d’échappement catalytiques), 2010 Negishi, Heck, Suzuki (catalyse organométallique) et qui est continuellement en expansion grâce aux demandes industrielles et au développement de la chimie verte.

LO 22 – Hétérocycles aromatiques

Niveau : L3PR : chimie du benzène (aromaticité, SN/SE Ar), RMN, formes mésomères, Biblio : Milcent, OCP 1, Vollhardt 5e ed, Clayden

IntroductionVous connaissez déjà bien le benzène, mais si l'on remplace un ou plusieurs atomes du cycle benzénique par un hétéroélément comme N, S ou O on obtient alors des hétérocycles aromatiques. Hétéroéléments très présents en médecine : ex premier antibiotique Clayden 1147, le viagra ou encore le Tagamet en sont deux autres exemples.Dans cette leçon on se limitera aux cycles possédant un seul hétéroatome.

I. Présentation des hétérocycles aromatiques1. Structure et hétéroaromaticité

Def hétérocycle, hétérocycle aromatique. OCP p1 Nomenclature : compliquée, ajout de préfixes pour chaque hétéroatomes, mais souvent les cycles ont des noms qui leur sont propres et qu’il faut connaître : ex pyridine Rappel : déf aromaticité + par RMN ICO p295Vérification critères d'aromaticité pour pyridine et pyrrole, énergie de résonance (Milcent p112) Comparaison avec benzène → stabilité particulière, valeur des δ en RMN → confirme aromaticité

Autres exemples d'hétérocycles aromatiques déjà rencontrés : pyridine, pyrrole, imidazole, furane. Discussion sur le degré d'aromaticité entre furane, pyrrole et thiophane Milcent p112

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

• Cycles à 6 membressystème π déficitaire, formes mésomères Clayden p1149 doublet pas engagé dans la délocalisation = caractère basique (pKa) Remplacement d’un C par élément plus EN diminue énergies des orbitales même si elles restent à peu près les mm, si hétérocycle interagit par HO → moins réactif mais si par BV→ + réactif→ réactions de SE Ar (SN) défavorisées (favorisées)

• Cycles à 5 atomes : tout s'inversePyrrole, thiophène, et furane. → notion de système π excédentaire, formes mésomèresDélocalisation → diminution basicité, enrichissement cycle en e- donc énergie HO augmente ce qui favorise SE et défavorise SN. On pourra avoir des réactions de DA, exréactivité pyrrole > furane > thiophène pour SE. (raisons Clayden)

II. Synthèse des hétérocycles aromatiques1. Cyclisation par condensation

• Paal Knorr et ses variantescycles à 5 (Clayden p1187), transp : bilan pour cycle avec N, O et S (Vollhardt p1155), mécanisme au tableau OCP p12cycles à 6 : on ne forme que 2 des doubles liaisons → oxydation nécessaire, tableau bilan et méca Clayden p1193

• Synthèse de Hantzschtransp : bilan, méca (OCP p36)réaction multicomposant, sans traitement des intermédiaires

2. Par cycloaddition 1-3 dipolaire Milcent p29 : rôle essentiel pour accéder à un composé hétérocyclique. On peut synthétiser des hétérocycles par des réactions concertées ou des réactions de Diels Alder. Ex : Milcent p103 pour Diels Alder Milcent p228 pour réaction concertée

III. Réactivité des hétérocycles aromatiques1. Liée à l'hétéroatome

basicité et nucléophilie, comparer pyrrole et pyridine

2. Liée à l'aromaticité1. Substitution électrophile

• Hétéroaromatiques π-excédentaires, cycle à 5 :2 endroits possibles pour l’attaque → formes mésomères de l’IR (analogie avec SEAr)exemples Vollhardt p1157 mécanisme OCP p14

• Hétéroatomatiques π-déficitaires :SE quasi impossible, exemple sur pyridine Vollhardt p1164. → nécessité d’activer le cycle, on peut le transformer en N-oxyde. Mécanisme OCP p38.

2. Substitution nucléophile• Hétéroaromatiques π-excédentaires

Clayden p1162 : nécessité d’avoir un groupe activant, exemple ketorolac• Hétéroaromatiques π-déficitaires

Réaction favorable : Chichibabin Vollhardt p1165, méca avec expulsion H- OCP p40

ConclusionOn a vu au cours de cette leçon comment synthétiser et la réactivité des hétérocycles aromatiques les plus simples, ceux ne contenant qu'un seul hétéroatomes (tableau récapitulatif type Clayden). Mais il existe des milliers d'hétérocycles aromatiques (ex sur transparent, porphyrine, caféine, ADN) et la présence de plusieurs hétéroatomes induit des synthèses et réactivité différentes.

LO 23 – Réduction en chimie organique

Niveau : L3PR : réaction d'oxydation, réduction en chimie inorganique, mécanisme radicalaire en chaîne, dérivés carbonylés et dérivés d'acides, alcènesBiblio : Carey T2, ICO, Clayden, Vollhardt, OCP 96, OCP 6, Housecroft

IntroductionRéaction de réduction, déjà vues en chimie inorganique, abaissement du DO d'une espèce. Définition réduction ICO Glossaire Permet de transiter entre focntions chimiques. Exemple de la synthèse de la Juvabione Carey p705 Calcul de DO et se demander comment on va passer de l'un à l'autre. Rappel de la notion de classe d’oxydation. OCP p2 Il y a plusieurs enjeux avec les réactions de réduction : réussir à gérer chimio, régio, stéréo, énantio-sélectivité. Nombreuses méthodes à disposition

I. Réduction par hydrogénation1. Réduction de liaisons C-C insaturées

H2 seul donne rien, nécessité de catalyse homogène (complexe) ou hétérogène (suspension insoluble).

1. Catalyse hétérogèneAlcènes : méca Vollhardt et exemples montrant la régio et stéréosélectivité ICO Alcynes : hydrogénation totale dans les mêmes conditions que les alcènes, mais partielle et syn addition avec catalyseur de Lindlar (Pd Lindlar) Benzène : conditions drastiques

La dernière étape = pas équilibrée : l’alcane une fois désorbé ne pourra plus se réadsorber au catalyseur, contrairement à un alcène ou un alcyne (plus de liaison π !)explication catalyseur Lindlar et empoisonnement, alcyne → alcène

2. Catalyse homogèneWilkinson bilan Carey p224, cycle Housecroft p913Ex catalyse asymétrique : L-DOPA, étape clef = hydrogénation catalytique OCP96 p82 montrer premières étapes de la synthèse de la juvabione Carey p705

2. Clivage de liaisons C-hétéroatomeX= O,N, halogène, ROBn : déprotection par hydrogénolyse Clayden p622 Réduction de C-halogène OCP p84C-S réduit par Ni Raney Clayden

II. Réduction par transferts d'hydruredéf hydrure, ex de NaBH4 et LiAlH4 qui peuvent en donner jusqu'à 4 ! Dire que quand

on a le choix entre les 2, on prend NaBH4 pour ses conditions opératoires moins drastiques. propriétés basiques mais surtout nucléophiles

1. Réduction des dérivés carbonylésbilan et mécanisme pour LiAlH4 et NaBH4 /!\ne pas faire apparaître AlH3 dans le méca de réduction d’un dérivé carbonylé par LiAlH4.Il n’y a jamais AlH3 libre dans le milieu réactionnel (ICO p582)solvant protique/aprotiquestéréosélectivité sur le Camphre (NaBH4 et L-selectride) (ICO p583)

2. Réductions des dérivés d'acideRappel sur les dérivés d'acide, bilan et mécanisme (transp) (ICO) dans le cas général. /!\ méca Clayden faux, AlH3 n’a jamais pu être isolé, il se coordine directement sur O.Exceptions :

• amide→amine avec LiAlH4, NaBH4 marche pas (ex OCP p66)• acide carboxylique → réaction A/B! On utilise BH3 OCP p72

3. Chimiosélectivitétableau bilan inspiré du Clayden p622 → bien mettre conditions opératoiresConditions de Luche pour carbonyles α-β insaturés (ICO p 586, Kurti)montrer étapes suivantes de la synthèse de la juvabione

III. Réduction par transfert monoélectronique1. Réduction de liaison C-C insaturées

Orbitales en jeu : π* des molécules insaturés. Celle-ci doit être basse en énergie ce qui est le cas pour les alcynes et les aromatiques.

Réactions de Birch :– Avec les aromatiques : bilan et mécanisme sur le benzène (Clayden p628), effet

de substituant (ICO p335), tableau de la cinétique et de la régiosélectivité.– Avec les alcynes : bilan (ICO p276), mécanisme, on a alcène E (alors qu'on a le

Z avec H2)étapes suivantes de la synthèse de la juvabione

2. Clivage de liaisons C-hétéroatomeC-OH : Barton Mc-Combie, mécanisme et bilan sur transparent (Kürti p46) C-X : Coupure de liaison par transfert de H, équation bilan (Carey p251), mécanisme en chaîne (ICO p374) et exemple (ICO p373).

ConclusionPrésentation d’un tableau-bilan. Liste non exhaustive, on a un grand panel de réactions qui permettent de réduire sélectivement certaines fonctions chimiques.

LO 24 – Composés organosoufrés

Niveau : L3PR :HSAB, VSEPR, acétalisation, Williamson, oxydations d'alcool, Wittig, SEAr, protection, protéines et acide aminésBiblio : Clayden, ICO, OCP 33, Rabasso

Introduction (Clayden)Déf organosoufrés OCP p1. Présence de S dans de nombreuses molécules dans la nature (molécules remarquables par l’odeur : truffe + moufette), dans les molécules du vivant (cystéine + méthionine Clayden p1355), importance des ponts disulfures dans la structure des protéines en 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 organousoufrés1. Le soufre

Position dans CP, Z, en dessous de O, configuration électronique, hypervalence possible (orbitales d proches), mais s'explique aussi par rayon atomique (comparer S et O). Nombreux DO, EN (S, C et O), liaison S-C très peu polarisée → réactivité ne pourra pas s'expliquer par la polarité de la liaison mais par la taille, prop du soufre. Clayden p1249

2. Les différents composés organosoufrésClassés par DO (/!\ même si ≠ EN C et S faible, on attribue e- à S), ex calcul DO OCPp2Energies de dissociation liaisons ICO p384, suffisament forte pour être stable mais relativement faibles et ruptures homolytiques possibles

3. Réactivité• oxydoréduction :

sulfures en sulfoxydes/sulfones par mCPBA/H2O2/KMnO4 Clayden p1265, RSH en SS → structure tertaire protéines, permanentes cheveux Clayden p1355

• A/BDu S : pKa RSH < pKa ROH ICO p 384 + OCP p5Du C en α du S : Clayden p1252 parler de stabilité !!

• nucléophiledoublet non liant, + nucléophile que O car polarisable et énergie ionisation plus faible

II. Réactivité nucléophile du soufre1. Formation des thioéthers (sulfures)

Analogue à Williamson mais marche mieux : bilan, méca Clayden p1249

2. Formation de thiocétalsbilan, même méca que acétals mais en utilisant acide de Lewis.Stable en milieu H+ : acétals et thioacétals sont GP orthogonaux pour les carbonyles. Déprotection : méca avec HgCl2 Clayden p1255, Effet mercaptant de S, permet de piéger tous les métaux lourdsCoupure liaison C-S avec Ni Raney, exempleeffet umpolung : action MeLi

3. Sels de soufrebilan formation sel de sulfonium Clayden p1258, ex gaz moutarde, très réactif vis-à-vis de tous les nucléophiles

III. Réactivité électrophile du soufre1. Sulfonation aromatique

Méca déjà vu, bilan, réaction renversable, Clayden p553 et 571 Application aux résines échangeuses d'ions Clayden p1473

2. Formation de bons groupements partantsPassage ROH à RX, en passant par un intermédiaire organosoufré, parler de plusieurs GP, classement en fonction de la force du groupe partant. ICO p402

3. Oxydation de SwernBilan, mécanisme, réactions analogues (Moffat)

IV. Influence du soufre sur la réactivité du carbone en α 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 Clayden p1255

2. Ylure de soufresels pour former les ylures (peuvent être commerciaux mais synthèse par SN2 Clayden

• régiosélectivitéRéactivité comparée avec P Clayden, sulfonium/sulfoxonium Brückner p312Application à la synthèse d'un β-bloquant Clayden p1259

• stéréosélectivité Synthèse de la biotine sur transparent. Explication stéréoselectivité Clayden p1254

ConclusionRésumé des différentes réactivités possibles des composés organosoufrés. Insister surcarbocation stab en α et β et carbanions stab en α. Ouverture sur réactivité radicalaire

LO 25 – Formation de cycles

Niveau : L2PR : notions de thermo, réactions d'orga de L2, sélectivitéBiblio : Clayden, Lehn, Vollhardt, ICO, Rabasso T2

IntroductionIl existe de nombreuses molécules cycliques naturelles ou synthétiques Vollhardt p131. Cycles très variés → nombreuses stratégies de synthèse. 2 grandes classes de réactions de cyclisation : intramoléculaire et intermoléculaire.Classification des différents types de cycles Vollhardt p136

I. Facteurs favorisant la formation de cycles1. Aspects thermodynamiques

Réactions de cyclisation endergoniques (ΔrG°>0) : coûteuses en énergie.

• Etude de ΔrH° : ΔHcomb pour alcanes et cycles → contraintes dans les cycles. valeurs + courbes Clayden p455, explication des évolutions avec les tensions de cycles. Schéma cycles avec angles + modèles moléculaires. Clayden p455

• Effet des substituants, en position équatoriale. Ex acétalisation Clayden p1138. Formation O,O-acétal

2. Aspect cinétiqueà quelle vitesse se produit la réaction Δ≠G°=Δ≠H°-TΔ≠S°

• Vitesse relative de formation de cycle. Clayden p1135. Pour Δ≠H° raisonnement similaire à celui concernant ΔrH°. Compétition entre Δ≠H° et Δ≠S°. explication et courbes Lehn p8 + Clayden p1136.

• Effet des substituants. Effet Thorpe Ingold. Exemple Clayden p1138

II. Formation de cycles communs1. Acétalisation

Problème de régiosélectivité, nécessité de protection. Clayden p632Mécanisme et avantages Clayden p345 mais réaction équilibrée, Dean-StarkExemple de transacétalisation ICO p431

2. Condensation de Claisen intramoléculairebilan, mécanisme, exemple synthèse d'un hétérocyle Clayden p727Nécessité de hautes dilution.

3. Diels-AlderClayden p1226 On reprend la réaction de DA → cyclopentadiène et acrylate de benzyle,

le produit de réaction est nécessairement racémique puisque réactifs sont achiraux Si on remplace le benzyle achiral par un amide de la valine → on a un seul énantiomère L’auxiliaire de chiralité est énantiomériquement pur → influence sur la réaction. le produit est diastéréisomériquement et énantiomériquement pur.Stratégie de synthèse avec auxiliaire chiral, avantages et inconvénients Clayden p1243

III. Formation de petits cycles1. Epoxydation

Ex Clayden p506 avec mCPBA, réactivité et vitesse selon les substituants portés par Stéréospécificité Clayden p507Méca, régiosélectivité selon environnement électronique Clayden + ICO p204

2. Avec des yluresIntroduction ylures de S en comparaison avec ceux de P, ex Clayden p1259. Présentation des 2 types d'ylures de S Clayden p1258. Mécanisme, cas particulier des cétones α,β-insaturées+ explications Clayden Exemple ICO p609

IV. Formation de grands cycles et de macrocycles1. Macrolactonisation

présents dans de nombreuses molécules pharmaceutiques, naturelles, arômes. Lehn p117Exemple synthèse ICO p671 effet césium Lehn p122

2. MétathèseEntre autre la RCM (Ring Closing Metathesis) Mécanisme Rabasso T2

ConclusionOuverture sur les cycloadditons ou sur les macrocycles en biologie (porphyrine,hémoglobine)

LO 26 – Les alcynes

Niveau : L3PR : Notions de spectroscopie IR et RMN, réactivité des alcènes (dihalogénation, hydroboration, hydratation, hydrogénation), chimie orga de base (E, SN)Biblio: Vollhardt, ICO, Bruckner, Arzallier T2, Kurti, Weissermel

IntroductionDéfinition alcyne, liaison triple CC, représentation. Distinction alcyne vrais et alcynes internes (disubstitués). Exemples en donnant leur nomenclature. Vollhardt p 561 Rare dans la nature, ex Vollhardt p585

I. Présentation des alcynes1. Structure et propriétés

alcynes peu polaires, Teb proche de ceux des alcènes, éthyne se sublimegéométrie → 1 liaison sigma, 2 pi qui sont perpendiculaires (dessin orbitales)énergies de dissociation des liaisons, longueur de liaison (comparaison ac alcane/alcène) → contenu énergétique important Azarllier p177 Electronégativité comparées des carbones tétra, tri ou digonaux. Arzallier p.179Energie des orbitales π et π* diminuent par rapport à celle des alcènes. Comparer le diagramme d’OM de l’éthylène et de l’acétylène (π et π* abaissées...)

spectroscopie : RMN (1,7 à 3,1 ppm pour 1H et 65-95 en 13Cet couplage à longue distance), IR (3260-3300 cm-1 pour C-H et 2100-2260 cm-1 pour CC mais peu marquée)

2. Synthèseen industrie : ex de l'acétylène. Bilan : procédé à partir du carbure de calcium Weissermel p97 + dangers mais intérêt ICO p262au labo : par double élimination E2, pour alcènes terminaux il faut 3 eq de base forte → exemple Vollhardt p570

3. Réactivité généraleliaison triple → forte densité électronique : nucléophilie, électrophilie Azarllier p 179acidité H terminaux → comparaison alcène/alcane, schéma récapitulatif Azarllier p181

II. Réactivité commune aux alcènes1. Hydrogénation catalytique

rappel bilan pour les alcènes ICOp189 mais pour alcynes peut-on s'arrêter à l'alcène ?Si même conditions → hydrogénation totale (ex ICO p264)On doit donc modifier le catalyseur → Lindlar, donner composition

bilan, mécanisme (Bruckner p536) ex ICO p264, Vollhardt p573alcyne hydrogénés préférentiellement car s'adsorbent de manière plus importante→ diastéréosélectivité : conduit majoritairement à l'alcène Z

2. Addition électrophileforte densité électronique → la liaison triple peut-être attaquée par des électrophiles.

1. Dihalogénationbilan Vollhardt p577, méca et stéréochimie Azarllier p182 double addition possible

2. Hydratationanalogie avec alcènes, l'eau peut attaquer la triple liaison mais catalyse avec du Hg(II) bilan Vollhardt p579, méca ICO, régiosélectivité

3. Hydroborationboranes réagissent avec des alcynes mais moins vite qu'avec des alcènes. Additions multiples que l'on maîtrise par utilisation de gros boranes. Bilan, même méca que alcènes, régiosélectivité → tableau ICO p268intérêt : traitement à H202 → hydratation anti-Markovnikov Comparaison avec hydratation : hydratation => cétone, hydroboration => aldéhyde

III. Réactivité propre aux alcynes1. Réduction par les métaux dissous

comment obtenir le E ? Bilan. Méca, justification avec pKa. ex Vollhardt p574 Réactivité spécifique car triple CC + électrophile que double CC. 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. Couplage (si temps, sinon conclu)Couplage historique : celui de Glaser ICO p283, mais aussi Sonogashira (PN en 2010) : bilan (avoir cycle catalytique sous la main pour questions!)

Conclusion(discuter en montrant le transp soleil) Une bonne partie des réactions occasionnées par les alcynes ne sont qu'une extrapolation de ce que l'on sait déjà à propos des alcènes. Les réactions d'additions se déroulent dans des conditions très ressemblantes, obéissant aux mêmes règles régio- et stéréochimiques. Mais triple liaison confère une réactivité particulière, l'acidité du H terminal conduit à formation de liaisons CC, ce qui intéresse toujours les chimistes. autres réactions : DA, métathèse mais aussi click chemistry.

LO 27 – Organomagnésiens mixtes

Niveau : L1PR : nucléophile/électrophile, A/B de Lewis et Bronsted, SN, stéréochimie, Biblio : Tout en un PCSI, TD, Fuxa, ICO

IntroductionLes organomagnésiens font partie des dérivés organométalliques dont la structure comporte une liaison carbone métal. Les organomagnésiens mixtes ont la formule schématique 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 encore souvent appelés « réactifs de Grignard ». Les organomagnésiens sont exclusivement des intermédiaires de synthèse. Ils permettent une très grande variétés de synthèses intéressantes en particulier la création de liaisons C-C. Mais pour comprendre leur réactivité, nous allons commencer étudier leur structure et les propriéts qui en découlent.

I. Généralités1. Structure et nomenclature

Structure : Ce sont des composés organométalliques, liaison C-M. Polarisation de la liaison, électronégativité. Ils présentent deux structures : symétrique ou mixte.Nomenclature : Les RMgX sont nommés halogénures d'alkylmagnésium si R=alkyl (ex)R-Mg-R' sont des alkyl-alkyl'magnésium

2. Réactivitédonner électronégativité C et Mg, charge partielle – sur C → inversion de polaritéréactivité en tant que base de Bronsted et nucléophile, mais lacunes sur Mg donc il a aussi des propriétés d'acide de Lewis, possibilité de formation d’adduit de Lewis avec un donneur de doublet électronique : solvant HP p239 schéma adduit de Lewis avec THF

T: RMgX n'existent pas naturellement, il faut les synthétiser.

II. Synthèse des organomagnésiens1. Conditions opératoires

équation bilan avec solvant, réaction exothermique, solvants couramment employés.schéma du montage (expliquer protocole en même temps), précautions à prendrebase forte → pas de traces d'eau (équation réaction), solvant anhydre (éther ou THF)réaction avec O2 et CO2 → atmosphère inerteréaction exothermique → bain de glace à côtédonner protocole, comment on voit que la réaction démarre et quoi faire si c'est pas le cas → ajout lent de RX et Mg en excès car couplage de Wurtz, équation bilan

2. Cas particuliersOn évoque aromatiques et vinylique (T&D)THF + complexant et Teb + haute : on peut chauffer !

III. Réactivité en tant que base de Bronsted1. Hydrolyse

pKa ~ 50, ex ICO p509 , sur l'eau, destruction RMgX d'où solvant anhydre

2. Applications- formation d'organomagnésien acétylénique → ne peuvent pas être préparés autrement- comme pas isolable, le seul moyen de connaître la qté que l'on a est de doser Fuxa

T: RMgX permettent de créer des liaisons C-C grâce à leur propriété électrophile

IV. Réactivité en tant qu'électrophile1. Addition nucléophile

1. sur les carbonylesprésenter brièvement carbonyle sur cétone et aldéhyde, équation bilan, mécanisme, discussion (vitesse de réaction, mélange racémique), une additionsur dérivés d'acide : bilan, mécanisme, discussion, deux additions

2. sur le dioxyde de carbonebilan, mécanisme

3. sur les nitrilesbilan, mécanisme, imine puis cétone, on a une addition → bon moyen de former cétone

2. Substitution nucléophile1. sur les dérivés halogénés

couplage de Wurtz, ex de bilan, mécanisme→ peut être intéressant pour former alcanes à chaînes longues

2. sur les époxydesBilan, méca sur époxyde asymétrique , régiosélectivité T&D, stéréospécificité. Exemple Penser à dire + énantiomères Intérêt: synthèse d'alcools avec gain de 2C.

ConclusionBilan sur transparent en forme de soleilGrand intérêt en synthèse car permet de former des liaisons C-C. Mais ce ne sont pas les seuls organomagnésiens qui existent et qui sont utilisés.

LO 28 – Détermination de structures en chimie organique

Niveau : L2PR : UV-visible, fonctions chimiques, effets inductifs/mésomères, notions de spectroBiblio : Rouessac, Silverstein, HP, Frajman

IntroductionLors des synthèses multi-étapes, les chimistes cherchent à caractériser les produits au fur et à mesure de leur formation afin de conduire au mieux leur synthèse. Il existe des techniques de caractérisation des composés comme la spectroscopie UV-visible déjà étudiée auparavant qui détermine les transitions électroniques au sein d’une molécule mais ne donne pas vraiment sa structure. Dans ce cours nous allons raisonner sur le fait qu’une molécule est composée de plusieurs noyaux qui interagissent différemment selon l’environnement chimique. Deux nouvelles spectroscopies vont être introduites ici : l’IR qui va permettre de déduire les fonctions chimiques présentes et la RMN qui va permettre de déduire leur enchaînement.

I. Principes des spectroscopies1. IR

IR basée sur intéraction lumière/matière, domaine IR (odg fréquence et énergie)si on irradie liaison non symétrique avec fréquence = fqce vibration → résonancespectroscopie d’absbortion, transitions entre niveaux vibrationnels/rotationnels. → IR permet l’étude de la vibration des liaisons.

Modélisation oscillateur harmonique (ressort entre deux masses). Loi de Hooke, k est liée à l’indice de liaison.

Schéma du principe spectromètre HP p468 et exemple de spectre, nombres d’ondes caractéristiques pour certaines fonctions HP p473

2. RMNspectroscopie d’absorption entre états de spins. Notion spin nucléaire, condtions pour RMN, interaction avec champ B (effet Zeeman)principe : transition entre 2 niveaux α et β (schéma HP p479), fréquence de résonance (Larmor), odg, rapport gyromagnétique et ses caractéristiques.

Fonctionnement de l’appareil : on envoie un pulse qui va exciter toute la gamme, schéma impulsion relaxation (précession), et on regarde la réponse temporelle (FT), l’échantillon s’est excité par résonnance.

Déplacement chimique, expression, blindé, déblindé

II. Effets particuliers sur les spectres IR et RMN1. Déplacement de la bande C=O en IR

loi de Hooke, comparaison force de liaison avec formes mésomères + EN du groupement donneur, axe en σ HP p474

2. Présence de liaison C=CIR : valeurs σ pour E et ZRMN : valeurs couplages pour H alcènes HP p492cas des aromatiques, cône de blindage Silverstein p175 on l'a aussi pour alcynes et carbonyles

III. Détermination de la structure d'un composé organique1. Méthode

reprendre celle du HP p497

2. Applicationexercice corrigé 2 Frajman p55

ConclusionDans cette leçon, nous avons vu de nouvelles méthodes expérimentales permettant de déterminer la structure des composés organiques. Notons que cette pratique est effectuée à chaque étape de la synthèse organique afin de vérifier la validité des molécules intermédiaires obtenues avec la régiosélectivité souhaitée. Vérifie aussi la stéréosélectivité. Sert aussi pour valider la pureté des composés !

LO 29 - Hydrocarbures aromatiques

Niveau : PCPrérequis : RMN, Nucléophilie, Contrôle cinétique, postulat de Hammond, nomenclatureBibio : ICO, Vollhardt, Tec&Doc Pc-Pc* violet, Carey (anglais) , Lalande, Frajman

Introduction origine du nom aromatique, découverte par Faraday, différentes structures dont celle de Kékulé

I. Aromaticité1. Structure et stabilité du benzène

Données expérimentales : RX, longueur liaisons, anglesstabilité : diagramme enthalpie standard molaire d'hydrogénation Frajman

2. Critère d'aromaticitéL'aromaticité correspond à un ensemble de propriétés structurales, spectroscopiques et chimiques.Règle de Hückel + extension cycles accolés, exemples T&D

3. Propriétés spectroscopiquesUV : bande caractéristique à 254 nm → CCMRMN : définition des zones aromatiques en 1H et 13C, exemple de l'annulène pour le blindage des H à l'intérieur du cycle.

4. Réactivitérésiste à oxydation et réduction (exemples de conditions drastiques)Forte densité électronique → nucléophiles, mais substitutions sinon on perd aromaticité et donc stabilisation

II. Substitutions électrophiles aromatiques (SEAr)1. Principe

mécanisme général, différentes réactions envisageables (schéma sur transp sans indiquer les réactifs) Lalande p180Contrôle cinétique ou thermodynamique, mais souvent étapes non renversables, donccontrôle cinétique

2. Nitration et halogénationcommentaire : attention mécanismes hors programmefaits expérimentaux, bilan

3. Réaction de Friedel Craft1. Alkylation

mécanisme, bilan et limites

2. Acylationmécanisme et bilan

III. Polysubstitutions – régiosélectivité1. Résultats expérimentaux

Position du problème : nom des différentes positions à partir du toluèneRégiosélectivité : positions privilégiées par rapport à d'autres : ex ICO 2p303Groupement activant/désactivant

2. Interprétations

3. Règles de HollemanTableau T&D p426 cas de composés polysubstitués Synthèse Vollhardt p708 Mais problème de régiosélectivité. Il faudrait protéger la position non voulue et pouvoir la libérer facilement → utilisation de SO3

ConclusionFonctionnaliser les aromatiques, ouverture sur l'industrie

LO 30 – Stéréosélectivité

Niveau: L3PR : contrôle cinétique/thermo, réaction de DA (règle endo, régiosélectivité), réduction carbonyle/condensation aldolique, contrôle orbitalaire et schéma d'orbitale, stéréochimie Biblio : Clayden, ICO, OCP 96, Vollhardt 4e ed

IntroductionIl est très important de comprendre la réactivité des composés utilisés afin d’obtenir le produit souhaité. Stéréochimie d’une molécule est très importante car 2 énantiomères peuvent avoir des conséquences très différentes sur l'homme ex thalidomide ICO p85Vous savez déjà qu'il est fastidieux de séparer des énantiomères, et dans l'optique d'une chimie verte on cherche souvent à synthétiser directement un seul des énantiomères ou diastéréisomères pour limiter le nombre d'étapes, ie qu'on cherche à être sélectif. Dans cette leçon on se placera sous contrôle cinétique.

I. Définitions1. Stéréosélectivités

Déf sélectivité (ICO p139) → plusieurs types mais on regardera que la stéréosélectivité : déf (énantio et diastéréo) ICO p140 ex de réaction diastéréosélective, énantiosélective Donner def de spécificité et dire que ça implique stéréosélectivité mais pas inverse.

2. Notion d'excès1. Excès diastéréoisomérique

On cherche donc à quantifier la pureté du mélange obtenu : ed, déf ICO p86 Calcul d’e.d : On sait séparer des dia parce qu'ils ont des propriétés physico-chimiques que l’on peut quantifier, et donc calculer l’e.d.

2. Excès énantiomériqueMême chose qu'avant mais avec énantiomères. On introduit alors l’ee. Déf ICO p86séparation énantiomères dificile car mêmes propriétés physiques mais ils ont des propriétés chimiques ≠ vis-à-vis de substrats chiraux uniquement. Clayden p1230

Calcul de l’e.e :

• avec polarimètre : les 2 énantiomères ont pouvoir rotatoire spécifique ≠ • les transformer en dia avec molécule chirale énantiopure

II. Diastéréosélectivité1. Diels-Alder

PN en 1950, réaction sous contrôle cinétique et orbitalaire, asynchrone et concertéebilan ICO p246 /!\ dessiner tous les dia Modèle moléculaire

Règle de l’endo et régiosélectivité supposées connues, on forme favorablement un couple d’énantiomères par rapport à l'autre : réaction diastéréosélective (spécifique)

2. Réduction par un hydruresur l'exemple du camphre ICO p583Stéréosélectivité : angle de Bürgi-Dunitz environ 109° :explication orbitalaire (ICO p583) Modèle moléculaire. Comparaison camphre et norbornanone

3. Condensation aldoliqueClayden p898 , ICO p630 bilan et exemple ICO p630 En général énolate E → aldol anti et énolate Z → aldol syn. Comment expliquer ces faits expérimentaux ? → Modèle de Zimmermann Traxler Attention à bien dessiner tous les ET !!On forme préférentiellement un couple de dia: il y a diastéréosélectivité. Diastéréospécificité car influence de la stéréochimie de l’énolate de départ.

III. Enantiosélectivité1. Utilisation de catalyseurs chiraux

Housecroft, OCP 96 Pour la synthèse de médicament il peut être très important de maîtriser la stéréochimie du produit, étape clef = hydrogénation catalytique (OCP p82) Pour cela → catalyseur avec ligand chiral, DIPMAMP sur un complexe de Rhodium.On a du mal à être énantiosélectif mais la nature le fait très bien. → Saponification d’un ester catalysée par la lipase P-30 ICO p690

2. Utilisation d'une copule chirale Clayden p1226 On reprend la réaction de DA → cyclopentadiène et acrylate de benzyle, le produit de réaction est nécessairement racémique puisque réactifs sont achiraux Si on remplace le benzyle achiral par un amide de la valine → on a un seul énantiomère L’auxiliaire de chiralité est énantiomériquement pur → influence sur la réaction. le produit est diastéréisomériquement et énantiomériquement pur.Stratégie de synthèse avec auxiliaire chiral, avantages et inconvénients Clayden p1243

ConclusionOn a vu dans cette leçon différentes réactions stéréosélectives utilisant des méthodes différentes : auxiliaire chiral, catalyseur chiral. Ce sont des réactions très appréciées, que ce soit en laboratoire ou en industrie, car elles permettent d’obtenir directement le produit souhaité sans purifications ultérieures, ce qui suit un des 12 principes de la chimie verte. Le développement de réactions stéréosélectives a même conduit à des PN (Sharpless en 2001 ex Clayden p1240) et il est certain que de grandes avancées en terme de synthèse asymétrique seront faites dans les prochaines décennies.

LO 31 – Réactions péricycliques

Niveau : L3PR : OM et théorie OF, sélectivité, réactions de L1 L2, polyènes et formules de CoulsonBiblio : Chaquin, NTA blanc, Carey, Clayden

IntroductionOn a déjà vu des réactions basées sur des réactions ioniques ou radicalaires. La grande majorité de ces réactivités sont causées par la présence d'hétéroatomes aux propriétés différentes de celles du C. Sauf pour une réaction que vous connaissez déjà, la réaction de Diels Alder (exemple avec rendement du Vollhardt). Il s'agit d'une réaction péricyclique (définition du Chaquin). On étudiera ces réactions en contrôle cinétique, pour lequel le contrôle orbitalaire et majoritaire devant le contrôle de charge, d'où l'intérêt particulier que l'on donnera à leurs orbitales. En 1965 messieurs Woodward et Hoffmann ont posé des règles sur les mécanismes de 3 types de réactions péricycliques: cycloaddition, électrocyclisation et transposition sigmatropique, ce qui leur valu un PN

I. Modélisation des réactions péricycliques1. Observations expérimentales

Ex Carey p291(cycloadditions et transposition) et Clayden p962 (cyclisation Nazarov). Pire, les conditions expérimentales semblent avoir une influence (Nazarov avec hv/benzène). Pourtant, pas d’autres réactifs… On remarque aussi qu’il y a toujours un système pi conjugué dans la partie de la molécule concernée.Cylisation à 4 e- sans éclairage ne marche pas

2. Descriptions des réactionsSur les exemples précédents on décrit :

• Le nombre de liaison sigma et pi algébriquement formé.Δσ= 2 cycloaddition, Δσ= 0 transposition sigmatropique, Δσ= ±1 réaction électrocyclique Clayden p956

• Le nombre d’électrons dans le système conjugué mis en jeu

• Nomenclature Clayden

T: premier modèle qui met en jeu les OM : Woodward et Hoffman

3. Diagrammes de corrélation d'OMChaquin p133 domaine de validité, conservation symétrie OM, méthode construction (sur transparent à projeter pendant la construction)ex électrocyclisation cis-butadiène : bilan, nombre électrons pi.Méca disrotatoire/conrotatoire, élmts de sym conservés, sym OM Modèle moléculaire.

disrotatoire : l’état fondamental (EF) corrélé à l’état doublement excitéréaction interdite thermodynamiquement, mais autorisé pour l'état excité : photochimieDisrotatoire de l’hexatriène en flexcam.→ Généralisation des règles de Woodward Hoffman pour l’électrocyclisation

Et pour la cycloaddition ? Transparent DA Chaquin p154Suivant l’approche, on a aussi un élément de symétrie conservé, et c’est concerté, on peut appliquer WH pour résultats sur l’approche des réactifs.→ Tableau des approches suivant le nombre d’électrons et la voie.

T: pour transpositions sigmatropiques, il n’y a conservation d’un élément de symétrique que si [j,j] ce qui est rare : autre modèle, Dewar-Zimmermann

4. Modèle de Dewar-Zimmermanndomaine de validité, principe de la méthode, règle de Dewar-Zimmerman, on admet que les ET antiaromatiques sont permis photochimiquement (pas forcément observées). Exemple sur le cyclobutadiène

Et pour les transpositions sigmatropiques ? Ex transposition [1,3] d’un groupement R Interaction suprafaciale et antarafaciale. Chaquin p165 → Tableau bilan NTA p184

II. Résultats et applications1. Régiosélectivité

transpositions : préfère s-s aux s-a et a-s. Ex exp avec C marqués NTA p192cycloadditions : meilleur recouvrement impose régiosélectivité. On peut quand même influer dessus. Catalyse par les acides de Lewis ICO p246 Calcul sur Hulis.

2. StéréosélectivitéSynthèse de l’acide endiandrique : 1 étape et diastéréosélectivement. Pas conrotatoire/disrotatoire/DA endo. règle endo mais catalyse par acides de Lewistransposition : diastéréosélectivité NTA 3c p191cyclisation hétéroaromatique exo 15 NTA p186. transposition et électrocyclisation

3. Applications en chimie organiqueSynthèse de la vitamine D Clayden p956 ou phéromone de cafard Clayden p964

Conclusion En général, même si on s’en sert parfois, on ne souhaite pas les réactions péricycliques qui sont souvent des réactions parasites apparaissant dans des conditions d’éclairement ou de température.

LO 32 - Composés organophosphorés

Niveau : L3PR : chimie des aminesBiblio : Rabasso hétéroéléments, Emsley the elements, Bruckner, Clayden, Astruc, ICO

IntroductionQuin p2 La chimie du phosphore est a priori peu connue mais très vaste. On rencontre beaucoup cet élément dans les engrais sous forme de phosphite/phosphate c’est-à-dire des composés inorganiques (P lié à des hétéroatomes). Nous on va s’intéresser au P au sein de composés organiques. Définition organophosphoré (parallèle avec organométallique : présence d’une liaison C-P. Ce sont aussi des composés très utilisés en chimie. Exemples sur transparent (labo : catalyseur BINAP Quin p75), ou à plus grande échelle domaine médecine Quin p364 antihypertension ou herbicide Quin p372.Objectif : comprendre l’intérêt qu’on porte à ses composés en étudiant leurs propriétés et réactivité

I. Les composés organophosphorés1. Le phosphore

configuration électronique, formule de Lewis avec hypervalence possiblePropriété intrinsèque du 31P : spin ½, abondance 100% → très pratique pour analyse des composés organiques ayant P, RMN fonctionne comme pour H ! couplages entre H et P

T: cette spectroscopie permet de classer les différents composés du P entre eux. Axes en ppm de RMN Quin p.174 + nomenclature des composés Rabasso p.22

2. Propriétés physico-chimiques des composés organophosphorés• électronégativité P, N et C à comparer → liaisons polarisées, charges partielles,

donner énergie liaisons• nombreux états d'oxydations Rabasso p23 avec nomenclature, P facilement

oxydable car oxophile (énergie liaison P-O et P=O) application aux feux follets (cf ICO p488)

• chiralité : comparaison avec N lorsque trisubstitué Rabasso • doublet sur le P du phosphore

➢ nucléophilie : comparaison avec N (raisons cf ICO p480)➢ A/B : base de Lewis (utile en catalyse) et Bronsted pKa Rabasso

en fait on regarde plutôt l'acidité du H sur le C en α (pKa Rabasso partie Wittig)

T: On connaît mieux propriétés des composés du P, comment les utiliser en synthèse ?

II. Réactivité intrinsèque au phosphore1. En tant que base de Lewis

Catalyseur de Wilkinson, exemple ICO p189 Méca : cycle Astruc p354 + OCP 6 p54 Labilité du ligandstéréosélectivité possible avec des ligands plus élaborés ex L-DOPA Astruc p357

2. Nucléophilie et électrophilie du P1. Halogénation de Mukaiyama

rappel PCl3 + 3ROH → 3RCl + P(OH)3 mais pas stéréosélectif, autre manière de fairebilan, mécanisme Bruckner p75, exemples (ICO p400 chapitre alcool)On voit que l'ee est remarquable, il y a inversion de configuration mais /!\ configuration absolue ne change que si la priorité CIP change

il faut être clair et précis sur le mécanisme

2. Estérification de Mitsunobubilan, mécanisme Bruckner p74 Inversion de configuration, application en synthèse totale pour avoir bonne sélectivité et éviter de jeter produit qui a mauvaise sélectivité. ICO p406Inversion de configuration d'alcool après saponification. Ex ICO p.406 + Carey p.135On peut également former des thiols Rabasso p34

3. Réduction de Staudinger /!\ la réaction a proprement parler s'arrête à l'iminophosphorane, bilan, on montre que c'est réduction, mécanisme Kurti p428 souvent on met de l'eau pour aller jusqu'à l'amine

III. Influence du phosphore sur la réactivité en α1. Réaction de Wittig

1. Formation de C=Cdéf ylure, Synthèse par Arbusov, mécaBilan Wittig ICO p616 + méca.

2. Différents types d'yluresDiscussion ylure non stabilisé ou stabilisé

Ylures non stabilisés à l’alcène (Z) : contrôle cinétique, irréversibilité de la formation de l’oxaphosphétane, produit cinétique le plus rapidement formé. Clayden p 817

ylures stabilisés mènent au produit (E) (réversibilité de la formation de l’oxaphosphétane)

Synthèse bombykol grâce à Wittig. Clayden p818 Modification de Schlösser

Bilan Kürti p 489 (attention connaître méca, ou le préparer sur transp)

Présence de sels lithiés. Obtention de l’alcène (E) indépendamment de la stabilité de l’ylure. Dérive stéréochimique.

2. Réactions de Horner-Wadsworth-EmmonsIntroduction phosphonates qui sont ici utilisés.

Synthèse de phosphonatesRéaction d’Arbuzov. Bilan + méca.

HWEBilan ICO p619. Méca non connu.

Avantages de cette réaction : élimination phosphite par un simple lavage à l’eau.

Modification de Still et Genariéther couronne qui va piéger le cation. Bilan ICO p620. Méca pas bien connu CF3 change la sélectivite , utilisation d’un éther couronne qui évite la réouverturede l’oxaphosphétane, en faveur du produit Z

Faire un tableau récapitulatif sur la création de liaisons C=C en insistant sur les différences

ConclusionSchéma bilan + ouverture sur d'autres ylures possible avec le soufre.

LO 33 – Biomolécules : peptides, synthèse et structure

Niveau : L3PR : acide aminé, forces intermoléculaires, groupes protecteurs, RMNBiblio : Vollhardt, OCP, Berg, Weil

IntroductionNous avons vu qu’était un acide aminé mais ce dernier n’est juste qu’une brique élémentaire d’un ensemble plus complexe, les peptides et les protéines qui sont des polymères d’aa. Que ce soit les peptides ou les protéines, ils jouent des rôles indispensables dans les organismes vivants, rôles qui peuvent être très différents, ex des enzymes qui permettent de catalyser des réactions chimiques de complexité variable. Un exemple de protéine importante est l’hémoglobine qui permet le transport de l’oxygène dans l’organisme. Nous allons nous intéresser aux peptides en général, à leur synthèse et à la structure qui en découle.

I. Les peptides1. Les briques de base : les acides aminés

Vollhardt rappels structure acides aminés, les plus rencontrés sont les 2-aminoacides ou α-aminoacides, à pH physiologique → zwittérionsrappels représentation de Fischer, configuration D et L, tous les aa sont S sauf glycineIntroduire la nomenclature associée aux aa, à 3 et 1 lettres, exemples

2. La liaison peptidiqueBilan couplage peptidique (bien faire ressortir la liaison peptidique)caractère coplanaire de la liaison → formes mésomères Vollhardt p1204.Isomérie cis-trans possible mais trans largement majoritaire (minimisation de la répulsion des chaînes latérales) sauf pour la proline. S’inspirer du schéma Weil p32, dessiner les deux isomères possibles et la proline.

3. Définitions et conventionsterminologie 2 aa = dipeptide, 3 aa = tripeptide et ainsi de suite Vollhardt p1204.Oligopeptides, polypeptide, protéine Berg p35.Convention : représentation peptide de N-term vers C-term, ordre important Berg p35Ex aspartame : structure + code à 3 lettres Vollhardt p1205.liaison peptidique peut aussi de faire sur chaîne latérale. Ex. glutathion Berg p701.

II. Synthèse de peptides1. Problématique

création liaison amide on sait faire, mais sélectivité ! Ex avec Gly et Ala → mélange di-, tri- et autres peptides Vollhardt p1216, nécessaire protéger avec clivage ≠ (exemple)

2. Synthèse de l'aspartameAdapter synthèse Vollhardt p1217 à celle de l’aspartame : estérification phénylalanine, protection amine, couplage avec DCC (mécanisme), déprotection fonction amine

3. Synthèse sur support solideprocédé Merrifield PN en 1984, procédé initial développé de synthèse sur support solide automatisé. principe avec ses différentes espèces, intérêts

III. Structure des peptides1. Stucture primaire

structure la + simple, correspond à la séquence des aa du N-term au C-term.

2. Structure tridimensionnelle• secondaire

→ feuillet β : schéma Vollhardt p1208, liaisons-H, plans ont entre eux angle précis→ hélice-α : liaisons-H en intramoléculaire, schéma Vollhardt p1209, valeur du pas→ possible qu’il n’y ait pas de structure secondaire : pelote statistique

• tertiairestructure d’ensemble pouvant présenter plusieurs domaines d’hélice α ou feuillet β→ due à répartition des groupes latéraux selon l’environnement de la protéine→ ponts disulfures entrainant une stabilisation de la structure et auront un rôle important dans la structure tridimensionnelle. Ex insuline bovine Vollhardt p1206.

• Quaternaireexemple hémoglobine, Structure Berg p186

3. Détermination de stucture

• primaire : méthode de dégradation d’Edman (ou méthode séquentielle Vollhardt p1213 3e étape) appliquée à l'insuline

• secondaire : DRX (phase solide), RMN (liquide) mesure de distances entre atomes à l’aide de couplage dipolaire à travers l’espace, avoir en tête les différents techniques RMN !

ConclusionCependant la synthèse proposée est non exhaustive, il existe d’autres conditions de protection et déprotection des groupements N-term et C-term orthogonaux. intérêt et le rôle essentiel des protéines dans notre organisme, un aspect également très important est la sélectivité, par exemple pour les odeurs, car les récepteurs olfactifs sont des protéines présentant une certaine chiralité et seront donc très sélectives. Mais elles seront également très sélectives vis-à-vis de réactions et de substrats et permettront la catalyse de réactions et donc les accélérer avec parfois un facteur de plusieurs millions.