Acides et dérivés

CHM 2520
CHM 2520
Chimie organique II
Acides carboxyliques et dérivés
Nomenclature
•  voir S&F 18.2
•  règles:
–  on identifie la chaîne la plus longue qui contient le
groupement carboxylique, -CO2H
–  on numérote la chaîne de manière à attribuer le plus petit
nombre possible au
.
–  les acides carboxyliques ont la
sur les autres
groupements fonctionnels
–  préfixe: acide
–  suffixe: -oïque
2
Acides carboxyliques et dérivés
1
CHM 2520
Exemples de nomenclature
Br
O
O
H
OH
OH
O
3
Exemples de nomenclature
Cl
Br
CO2H
O
OH
OH
4
Acides carboxyliques et dérivés
2
CHM 2520
Nomenclature des dérivés
• 
• 
voir S&F 18.2
esters : on remplace ‘ique’ par ‘ate de’ et puis on ajoute le nom de l’alcool
–  e.g. : acétate d’éthyle : O
• 
anhydrides : on remplace ‘acide’ par ‘anhydride’
–  e.g. : anhydride acétique :
O
O
• 
chlorures d’acide : on remplace ‘acide’ par ‘chlorure de’ et ‘oïque’ par ‘oyle’
–  e.g. : chlorure de propanoyle :
O
• 
amides : on supprime ‘acide’ et on remplace ‘ique’ par ‘amide’; les groupes
alkyles sur l’azote sont nommés comme substituants après le préfixe ‘N-’
O
–  e.g. : acétamide :
O
O
Cl
O
NH2
–  e.g. : N,N-diméthylformamide (DMF) :
H
N
5
Préparation des acides carboxyliques
•  voir S&F 18.3
•  dans le cadre de ce cours, considérons 3 principales méthodes
permettant la synthèse des acides carboxyliques :
1.  oxydation des alcools
2.  carboxylation d’un réactif organométallique
3.  hydrolyse de nitrile et d’ester
6
Acides carboxyliques et dérivés
3
CHM 2520
Oxydation des alcools
•  (rappel) oxydation des alcools primaires dans les conditions
aqueuses
–  la première oxydation donne l’aldéhyde, qui est hydraté et
subit à la suroxydation :
O
[O]
R
OH
R
O
[O]
R
H
OH
[O] = dichromate ou le réactif de Jones (cond. aq.)
7
Carboxylation
•  la réaction du dioxyde de carbone avec un réactif
organométallique (i.e. réactif de Grignard ou organolithien)
donne des acides carboxyliques (voir CHM 1721, S&F 18.3) :
R
MgBr
O
1) CO2
R
R
Li
R
R
OMgBr
O
1) CO2
O
2) H3O+
O
2) H3O+
OLi
OH
R
OH
8
Acides carboxyliques et dérivés
4
CHM 2520
Hydrolyse de nitrile
O
1) NaOH
R
C
+
N
2) H3O+
–OH
R
N
C
R
H2O
OH
O
R
N
1) NaOH
NH2
NH
+
R'OH
R
NH
OH
R
NH2
O
R
O
–OH
R
R
R
O
O
O
NH
O
–OH
O
R
NH3
OH
–OH
OH
2) H3O+
OR'
H2O
R
H
O
OH
NH2
R
O
H
O
+ NH3
O
2) H3O+
R
OH
9
O
1) NaOH
R
C
+
N
Hydrolyse d’ester
2) H3O+
R
1) NaOH
O
NH3
OH
O
+
R
O
R
2) H3O+
OR'
R
O
O
–OH
R
OR'
OR'
R
OH
O
+
R
O–
R'OH
OH
ROH
OH
2) H3O+
+
–OR'
O
R
OH
10
Acides carboxyliques et dérivés
5
CHM 2520
Réactions d’addition-élimination
•  de nombreuses réactions de
ont lieux selon un
mécanisme d’addition-élimination (S&F 18.4) :
O
R
O
+ Nuc
GP
O
GP
R
Nuc
Nuc
+
GP
intermédiaire
tétraédrique
•  la réactivité générale réflète la nature électroattracteur/donneur
du groupe partant :
O
O
O
<
R
R
NR2
O
O
<
OR'
<
R
O
R
R'
X
11
Réactivités relatives •  e.g.:
O
R
X
O
O
R
O
R
25 oC
OR'
chaleur
R
chaleur
+
HX
rapide
OH
+
R'CO2H
lent
+
R'OH
très lent
+
HNR2
très très lent
O
R
OH
O
H2O, H+
NR2
OH
O
H2O
H2O, H+
O
R
25 oC
R'
O
R
O
H2O
R
OH
12
Acides carboxyliques et dérivés
6
CHM 2520
Dérivés des acides carboxyliques
•  considérons la préparation et les réactions de quatre dérivés :
O
1.  chlorures d’acide
R
Cl
O
2.  anhydrides
R
O
R'
O
O
3.  esters
R
O
R'
O
4.  amides
R
N
H
R'
13
Préparation des chlorures d’acide
•  voir S&F 18.5
•  ces dérivés d’acides sont les plus réactifs et sont préparés à
partir d’un acide carboxylique et le
:
O
R
O
SOCl2
OH
R
reflux
+
Cl
SO2
+
HCl
•  mécanisme :
OH
+
R
H
O
O
Cl
S
Cl
R
O
H
O
O
S
Cl
Cl
O
R
O
O
S
Cl
Cl
OH
R
Cl
O
O
S
O
–SO2
Cl
R
H
Cl
Cl
O
–HCl
R
Cl
14
Acides carboxyliques et dérivés
7
CHM 2520
Réactions des chlorures d’acide
•  voir S&F 18.5
•  les chlorures d’acide sont de puissants électrophiles qui peuvent
être transformés en une variété de composés :
–  carboxylates (formation d’anhydrides)
–  alcools (formation d’esters)
–  amines (formation d’amides)
–  hydrure (réduction en aldéhydes)
15
Chlorure d’acide + carboxylate
•  les
sont typiquement préparés à partir d’un chlorure
d’acide et d’un acide carboxylique, en présence d’une base
comme la pyridine (voir aussi S&F 18.6):
O
O
R
R'
Cl
O
N
+
R
OH
O
R'
O
–  e.g. :
O
H
N
+
O
Cl
O
O
pyridine
H
N
OH
O
O
O
O
O
16
Acides carboxyliques et dérivés
8
CHM 2520
Chlorure d’acide + alcool
•  les
d’un
sont souvent préparés à partir d’un chlorure d’acide et
, en présence d’une base comme la pyridine :
O
R'
+
R
O
N
OH
R
Cl
R'
O
–  e.g. :
O
O
+
Cl
pyridine
EtOH
O
Et
17
Chlorure d’acide + amine
•  les
et d’une
sont souvent préparés à partir d’un chlorure d’acide
(secondaire, primaire, ou ammoniac):
O
+
R
Cl
R'
H
N
O
R"
R
N
où R' et R" = H, alkyle, aryle
R'
R"
–  mécanisme :
O
O
+
R
Cl
H2N
R
R'
H
O
R
Cl
- Cl-
NH
R'
O
N
R'
H H
R
H2N
R'
N
R'
+ R'NH3+
H
18
Acides carboxyliques et dérivés
9
CHM 2520
Chlorure d’acide + hydrure
•  certaines sources d’hydrures sont assez douces pour permettre
la réduction d’un chlorure d’acide en aldéhyde (sans réduire
l’aldéhyde davantage en alcool primaire) :
O
R
O
LiAlH(O-t-Bu)3
+
Cl
R
H
–  e.g. :
O
O
Cl
LiAlH(O-t-Bu)3
H
19
Réduction des acides carboxyliques
•  par contre, si on utilise un agent de réduction plus fort, on peut
réduire même un acide carboxylique en
.
•  voir S&F 12.3
1) LiAlH4 ou BH3
O
R
2) H3O+
OH
R
OH
–  e.g. :
O
1) LAH
OH
2) H3O+
OH
20
Acides carboxyliques et dérivés
10
CHM 2520
Préparation des anhydrides
•  les anhydrides peuvent être préparés à partir des chlorures
d’acide (vide supra)
O
O
R
R'
Cl
O
N
+
R
OH
O
R'
O
21
Réactions des anhydrides
•  les anhydrides sont des electrophiles forts et réagissent un peu
comme les chlorures d’acide (voir S&F 18.6B)
–  le groupe partant est un carboxylate
–  le nucléophile peut être:
•  un alcool (formation
)
O
R
O
R'
R
O
O
O
OH
R
O
•  une amine (formation
O
R
O
O
R'
R
R'
+
HO
R
)
O
O
NH2
R
N
H
R'
+
R'
NH3 O
R
22
Acides carboxyliques et dérivés
11
CHM 2520
Sélectivité d’addition
•  un anhydride a deux carbonyles qui peuvent être attaqués :
O
O
+
O
R
O
R
O
Nuc
R'
HO
R'
OU
O
O
+
R
Nuc
OH
Nuc
R'
23
Anhydride ‘mixte’
•  on peut avoir une bonne sélectivité si on utilise un anhydride
mixte, où un carboxylate est un meilleur
que
l’autre :
–  e.g. :
Cl
O
OH
Cl
+
O
Cl
Cl
O
Cl
O
O
O
Cl
Cl
O
O
Cl
Cl
Et3N
Cl
Cl
O
O
NuH
OH
Cl
+
Nu
Cl
24
Acides carboxyliques et dérivés
12
CHM 2520
Exemple: macrolatonisation
Cl
Cl
OH
Cl
+
O
O
Et3N
O
Cl
OH
Cl
O
O
Cl
Cl
OH
Cl
Cl
O
O
O
Base
O
O
Cl
OH
25
Fischer
•  Hermann Emil Fischer (1852 – 1919)
–  chimiste allemand qui a étudié la chimie
organique avec von Baeyer à Munich
–  professeur ce chimie (Munich, Erlangen,
Würzburg, Berlin)
–  connu pour la synthèse d’indole, la projection
des carbones asymmétriques, la
glycosidation, l’estérification, l’enzymologie
inter alia
–  Prix Nobel en 1902
26
Acides carboxyliques et dérivés
13
CHM 2520
Préparation des esters
•  l’estérification de Fischer est la méthode classique pour la
préparation des esters (voir S&F 18.7A):
O
R
O
H+, R'OH
OH
R
chaleur
+
OR'
H2O
•  mécanisme :
O
R
OH
H
O
H+
R
OH
OH H
+
T.P.
OR'
OH
OH
R
R
HOR'
O
OR'
R
OH2
H
O
–H+
OR'
R
OR'
27
Hydrolyse des esters
•  puisque cette réaction est à l’équilibre, la réaction inverse peut
également avoir lieu :
O
R
OR'
R
H+
OR'
O
R
OH H
R
H
O
R
H2O
HOR'
OR'
OH2
H
OH
+
OH
OH
R
OR'
OR'
OH
R
chaleur
•  mécanisme :
O
O
H+, H2O
O
–H+
+
HOR'
R
OH +
HOR'
28
Acides carboxyliques et dérivés
14
CHM 2520
Lactones
•  voir S&F 18.7C
•  les lactones sont les
, formés lors de la
condensation d’un groupement
et un groupement
dans la même molécule :
O
O
HO
( )n
H+, chaleur
OH
–H2O
O
( )n
29
Réactions des esters
•  les esters sont des dérivés moins réactifs
•  considérons quelques réactions :
–  hydrolyse (vide supra)
–  transestérification
–  amidation
–  réduction
–  alkylation (organolithien ou réactif de Grignard)
–  condensation de Claisen
30
Acides carboxyliques et dérivés
15
CHM 2520
Transestérification
•  la réaction d’un ester avec un excès d’alcool peut mener à une
réaction de
.
O
O
R"OH, H+
R
Δ
OR'
R
+
OR"
R'OH
–  mécanisme :
O
R
H
O
H+
R
OR'
OH
R
H
OH H
OR'
+
HOR"
O
R
OR'
OR"
OR'
- R'OH
OR"
R
H
O
–H+
OR"
R
OR"
31
Amidation des esters
•  la réaction des esters avec les amines mène à un transfert acyle
OàN (voir S&F 18.8D) :
O
O
R2NH
R'
OR"
R'
chaleur
N
R
+
R"OH
R
–  e.g. :
O
O
EtNH2
O
Δ
N
H
32
Acides carboxyliques et dérivés
16
CHM 2520
Réduction des esters
•  en prenant un agent de réduction puissant, comme le l’hydrure
de lithium et d’aluminium (LAH), on peut réduire les esters
en
:
1) LiAlH4
O
R
2) H3O+
OR'
–  e.g. :
R
OH
O
1) LiAlH4
OH
O
2) H3O+
33
Alkylation des esters
•  les organolithiens et les réactifs de Grignard peuvent réagir avec
les esters, pour donner des
(voir S&F 12.8)
1) RMgBr ou RLi
O
R"
O
R"
R
OR'
MgBr
R
2) H3O+
OR'
O
R"
- R'OMgBr
O
R
R
R"
OR'
R"
MgBr
R
R
OH
MgBr
R"
O
R
H3O+
MgBr
R
OH
R"
R
R
34
Acides carboxyliques et dérivés
17
CHM 2520
Claisen
•  Rainer Ludwig Claisen (1851 - 1930)
–  chimiste allemand, a étudié avec
Kekulé et von Baeyer
–  professeur de chimie à Bonn
–  a découvert des réactions de
réarrangement et de condensation des
composés carbonylés
35
Condensation de Claisen
•  le traitement d’un ester avec une base forte conduit à un produit
de condensation, soit un
(voir S&F 19.2) :
O
R
2
O
LDA
R
OR'
OR'
H
R
•  mécanisme :
O
R
H
Li
+
R'O
OR'
O
+
N
H
CHR
RH2C
RHC
Li
O
O
O
R'O
CH2R
R
O
H3O+
O
CH2R
O
R'O
+ R'O
Li
O
R'O
OR'
OR'
R
O Li
Li
Li
O
R'O
OR'
O
O
CH2R
R
CH2R
R
36
Acides carboxyliques et dérivés
18
CHM 2520
Préparation des amides
•  voir S&F 18.8
•  les amides sont typiquement préparés à partir des dérivés très activés,
comme les
ou les
(vide supra)
•  on peut faire des amides dans la direction directe d’un acide avec une
amine :
O
O
H2N
R
OH
R'
R
Δ
N
H
R'
O
+
R
O
H3N
R'
…mais la protonation de l’amine rend cette réaction
.
37
Lactames
•  les lactames sont les
condensation d’un groupement
dans la même molécule :
O
H2N
( )n
chaleur
OH
- H2O
, formés lors de la
et un groupement
O
NH
( )n
38
Acides carboxyliques et dérivés
19
CHM 2520
Réactions des amides
•  les amides sont encore plus stables et moins réactifs
•  on ne considère que la réaction suivante :
–  hydrolyse
39
Hydrolyse des amides
•  en conditions basiques, le nucléophile est activé
NaOH
O
R
O
H2O
NH2
–  mécanisme :
O
R
R
O
R
O
NH2
O
H
NH2
–OH
O
–OH
NH2
R
+ NH3
O
H
O
OH
R
O
+ NH3
40
Acides carboxyliques et dérivés
20
CHM 2520
Hydrolyse des amides
•  en conditions acides, l’électrophile est activé
O
R
H3O+
O
NH2
–  mécanisme :
R
H3O+
O
R
O
R
NH2
+
OH
+NH
4
H
H2O
O
R
NH2
NH2
H
O
R
H
H
- NH3
O
H
O
R
R
OH
O
H
O
- H+
NH3
H
OH
41
Exercices recommandés
•  Problèmes dans S&F, Chapitre 18:
–  1-2, 3 (voir Ch. 3), 5, 6b,c,e,f, 7-9 (voir Tableau 18.3)
–  10-14, 22a,b, 23-26, 29, 30a,b, 31-39, 42, 49
•  préparer des fiches des réactions :
O
R
OR'
1) R"MgBr
R"
2) H3O+
R
R"
OH
42
Acides carboxyliques et dérivés
21