II- Déroulement de la réaction: mécanismes réactionnels • 1- La réaction chimique organique – 1.1- Nature des réactions et des...

« II- Déroulement de la réaction: mécanismes réactionnels • 1- La réaction chimique organique – 1.1- Nature des réactions et des réactifs – 1.2- Types fondamentaux de réactions – 1.3- Catalyse acido-basique – 1.4- Régio- et stéréosélectivité • 2- Etude de quelques mécanismes réactionnels – 2.1- Substitution nucléophile bimoléculaire SN2 – 2.2- Substitution nucléophile monomoléculaire SN1 – 2.3- Elimination monomoléculaire E1 – 2.4- Elimination bimoléculaire E2 – 2.5- Addition électrophile sur un alcène – 2.6- Substitution nucléophile sur un carbonyle 1 Document Médecine René Descartes - Toute utilisation nécessite l'autorisation des auteurs. 1.1- Nature des réactions et des réactifs Hétérolytique A B Homolytique A B CH3 H3C C O O H A + A ∆ + CH3 H3C C O CH3 2e- B 1e- B + O H CH3 ∆lH°(O-O) = - 138 kJ.mol -1 2 Document Médecine René Descartes - Toute utilisation nécessite l'autorisation des auteurs. Hétérolytique Lewis B + Base A Acide A B Base de Lewis : donneur de doublet d’e - ⇒ réactif nucléophile (concept cinétique).

Anion ou atome neutre ayant au moins un doublet d’e- non liant C HO Cl B HS N C I B H2O RNH2 ROH C C Acide de Lewis : accepteur de doublet d’e - ⇒ réactif électrophile (concept cinétique).

Cation, ou atome neutre ayant soit une lacune électronique soit une déficience électronique partielle F A H Ag A F B − + + − + δ δ δ δ δ F A Nu Nu C O C Br σ∗ vide Document Médecine René Descartes - Toute utilisation nécessite l'autorisation des auteurs. π∗ vide 3 Nu δ+ δ− C X + SN σ∗ vide Nucléophile Nu Substrat δ+ δ + H3C I Nu C + Produit X Nucléofuge − Nu v = k[Nu-][CH3I] CH3 + I concept cinétique v diminue dans l'ordre : PhS > I > N C Et3N > Br PhO HO MeO H3N (CH3)2S > Cl > CH3OH O H3C C O 4 Document Médecine René Descartes - Toute utilisation nécessite l'autorisation des auteurs. "Bon" nucléophile .

base de Lewis ayant une orbitale pleine haute en énergie > CH3OH CH3O > Nu H Nu pKa = 16 -2 pour un même atome : nucléophilie quand pKa O CH3O > PhO > H3C C 4,7 O 9,9 pKa = 16 .

polarisable I pKa = -10 > Br C2H5S > Cl >> F -9 .

faiblement encombré -8 3,2 pKa = 12 > C2H5O 16 CH3 CH3O pKa = 16 >> H3C C O 19 CH 3 5 Document Médecine René Descartes - Toute utilisation nécessite l'autorisation des auteurs. "Bon" électrophile .

accepteur de doublet d'électrons déficience électronique : OA ou OM vide la plus basse en énergie reçoit le doublet d'électrons d'un nucléophile réagit avec un nucléophile E F F B E H Ag δ+ E δ+ δ− C O δ+ δ− C Br F C C Br OM σ∗ vide OA p vide (acide de Lewis) O OM π∗ vide 6 Document Médecine René Descartes - Toute utilisation nécessite l'autorisation des auteurs. "Bon" nucléofuge C2H5O Na H δ+ δ− C X + H H H C2H5O pKa = -10 > Br 3,2 -8 Bon nucléofuge = base faible H2O >> HO pKa = 0 ROH pKa = -2 14 >> RO 16-19 X concept cinétique > Cl >> F -9 + Na H H v = k[C2H5O-][CH3X] I C C2H5S pKa = 12 ordre inverse de l'électronégativité polarisabilité du nucléofuge O O S O > C2H5O 16 CH3 >> HO pKa = -7 NH2 14 mauvais groupe partant (pKa = 34) 7 Document Médecine René Descartes - Toute utilisation nécessite l'autorisation des auteurs. 1.2- Types fondamentaux de réactions · Substitution C X Y + C Y + rupture σC-X formation σC-Y X base de Lewis nucléophile substrat CH3-CH2-CH2-OH + Na Br CH3-CH2-CH2-Br + Na HO · Addition C C + - E (Y ) + + X Y C C X Y C C E C C Y rupture πC=C formation σC-X et σC-Y + H Nu + Addition électrophile δ − δ Nu C O C OH Addition nucléophile 8 Document Médecine René Descartes - Toute utilisation nécessite l'autorisation des auteurs. · Elimination (inverse de l'addition) X rupture σC-X et σC-H C C C C + HX formation πC=C H Br Br Br CH3 + H2O + Na Br H C C CH3 + Na HO C C CH3 H H CH3 · Transposition H A A H C C C C H O H C C CH3 H cétone H O H C C Tautomérie CH3 H énol 9 Document Médecine René Descartes - Toute utilisation nécessite l'autorisation des auteurs. · Oxydo-réduction A H C A +2 H R +δ −δ C O + R' C + 2e H O R C H R' H H O H R C R' H H +2e 10 Document Médecine René Descartes - Toute utilisation nécessite l'autorisation des auteurs. 1.3- Catalyse acido-basique Problématique : Nu H Nu Nu H δ+ δ- C O C C O OH étape cinétiquement lente Comment l'accélérer ? - activer C O catalyse acide spécifique ou générale 2 options - activer Nu-H catalyse basique spécifique ou générale 11 Document Médecine René Descartes - Toute utilisation nécessite l'autorisation des auteurs. * Catalyse acide spécifique L’acide conjugué SH+ du solvant S est le seul catalyseur : v = f ([SH+]). C’est le cas d’une catalyse en solution par un acide fort. Dans l’eau : H3O+ ⇒ v = f ([H3O+]) = f (pH) Exemple : mécanisme : H3O+ A+B A + H3 AH+ O+ +B K1 k2 C AH+ + H2O (1) C + H+ (2) (1) équilibre pas forcément déplacé dans sens direct (2) étape cinétiquement déterminante vitesse : v = k2 [AH+] [B] v ä qd pH æ = k2 K1 [H3O+] [A] 1 [B] 1 kexp ordre 2 12 Document Médecine René Descartes - Toute utilisation nécessite l'autorisation des auteurs. * Catalyse acide générale Toutes les espèces acides (acides forts SH+ et faibles AH) participent à la catalyse : v = f ([SH+], [AH]). Dans l’eau : H3O+ et AH ⇒ v = f ([H3O+], [AH]) = f (pH , [AH]) Exemple : AH = CH3COOH En particulier, si la réaction a lieu dans un tampon, → l’espèce acide du tampon participe majoritairement ⇒ v ä lorsque [Tampon] ä et lorsque pH æ ! v v pH = 6,1 pH = 6,1 pH = 6,7 pH = 6,7 [Tampon] catalyse acide générale [Tampon] catalyse acide spécifique 13 Document Médecine René Descartes - Toute utilisation nécessite l'autorisation des auteurs. * Catalyse basique spécifique La base conjuguée S- du solvant SH est le seul catalyseur : v = f ([S-]). C’est le cas d’une catalyse en solution par une base forte. Dans l’eau : HO- ⇒ v = f ([HO-]) = f (pH). v ä qd pH ä * Catalyse basique générale Toutes les espèces basiques (bases fortes S- et faibles A-) participent à la catalyse : v = f ([S-], [A-]). Dans l’eau : HO- et A- ⇒ v = f ([HO-], [A-]) = f (pH, [A-]). En particulier, si la réaction a lieu dans un tampon, → l’espèce basique du tampon participe majoritairement ⇒ v ä lorsque [Tampon] ä et lorsque pH ä ! v pH = 7,9 v pH = 7,9 pH = 7,3 pH = 7,3 [Tampon] Catalyse basique générale [Tampon] Catalyse basique spécifique Document Médecine René Descartes - Toute utilisation nécessite l'autorisation des auteurs. 14 Catalyse acide : augmentation de l'électrophilie Catalyse acide spécifique : acide fort H + H Nu + C O + C O H pré-équilibre acido-basique rapide H + Nu H Nu H Nu C OH C OH addition nucléophile accélérée équilibre acido-basique rapide Catalyse acide générale : AH acide faible H Nu AH + Nu H Nu C O H A C OH + A étape concertée accélérée C OH équilibre acido-basique rapide 15 Document Médecine René Descartes - Toute utilisation nécessite l'autorisation des auteurs. Catalyse basique : augmentation de la nucléophilie Catalyse basique spécifique : B base forte B + H Nu + BH + + C O pré-équilibre acido-basique rapide BH + Nu Nu B + Nu C O C OH C O addition nucléophile accélérée équilibre acido-basique rapide Catalyse basique générale : B base faible B BH + Nu H Nu + B + Nu C O C OH C O étape concertée accélérée équilibre acido-basique rapide 16 Document Médecine René Descartes - Toute utilisation nécessite l'autorisation des auteurs. Catalyse enzymatique Exemple : hydratation d’un aldéhyde Une enzyme fonctionne toujours par catalyse générale, pas par catalyse spécifique (pHphysio ∼ 7) Site actif de l’enzyme mécanisme concerté H B .. H .. O.. H .. O.. R Catalyse basique générale (par Imidazole par ex.) + B H H + B Catalyse acide générale (par Imidazolium par ex.) .. HO .. H .. OH .. ..

B R catalyseur régénéré B .. H + B + .. H HO .. .. OH .. R 17 Document Médecine René Descartes - Toute utilisation nécessite l'autorisation des auteurs. 1.4- Régio- et stéréosélectivité • Régiosélectivité 1 R C R2 R A B C R4 R1 R3 R1 R3 3 R2 C C R4 + R2 A B Régiosélective si : majoritaire Régiospécifique si : 100% C C B A R4 minoritaire 0% Régiosélective : formation préférentielle d’un régioisomère Régiospécifique : formation exclusive d’un régioisomère 18 Document Médecine René Descartes - Toute utilisation nécessite l'autorisation des auteurs. • Stéréochimie de l’addition A Syn B C RH R H C C R H + A C HR + HR C RH C A B (±)-érythro B Anti R H A C RH + C B HR C A B C R H (±)-thréo 19 Document Médecine René Descartes - Toute utilisation nécessite l'autorisation des auteurs. • Stéréosélectivité Stéréosélective : quand un réactif pouvant donner plusieurs stéréoisomères n'en donne qu'un ou majoritairement un R1 R 2 C C R3 R 4 A + A B R1 2 R B A + C C.... »