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CHM 2520
Acides carboxyliques et dérivés 1
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
CHM 2520
Acides carboxyliques et dérivés 2
Exemples de nomenclature
3
O
OH
BrOH
O
H
O
Exemples de nomenclature
4
ClBr
CO2H
O OH
OH
CHM 2520
Acides carboxyliques et dérivés 3
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 :
• anhydrides : on remplace ‘acide’ par ‘anhydride’ – e.g. : anhydride acétique :
• chlorures d’acide : on remplace ‘acide’ par ‘chlorure de’ et ‘oïque’ par ‘oyle’ – e.g. : chlorure de propanoyle :
• amides : on supprime ‘acide’ et on remplace ‘ique’ par ‘amide’; les groupes alkyles sur l’azote sont nommés comme substituants après le préfixe ‘N-’ – e.g. : acétamide :
– e.g. : N,N-diméthylformamide (DMF) :
5
O
O
O
O O
Cl
O
NH2
O
H N
O
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
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CHM 2520
Acides carboxyliques et dérivés 4
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 :
7
R OH R
O
OHR
O
H
[O] [O]
[O] = dichromate ou le réactif de Jones (cond. aq.)
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) :
8
R
O
OH
R
O
OH
R
O
OMgBrR MgBr
R
O
OLiR Li
1) CO2
1) CO2
2) H3O+
2) H3O+
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Acides carboxyliques et dérivés 5
Hydrolyse de nitrile
9
R C NR OH
O1) NaOH
2) H3O+
R OH
O1) NaOH
2) H3O+R OR'
O+ R'OH
+ NH3
R NH
O
R NH
O –OHR C N
R N
OH
R NH
OHH2O–OH
R NH2
OH2O H OH
R O
O
+ NH3
2) H3O+
R OH
O
O
R
O
NH2
O
R
O
NH2
–OH –OH
H
Hydrolyse d’ester
10
R C NR OH
O1) NaOH
2) H3O+
R OH
O1) NaOH
2) H3O+R OR'
O+ R'OH
+ NH3
R OR'
O O
R
OH
OR'R OH
O
+ –OR'–OH
2) H3O+
R O–
O+ ROH
R OH
O
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Acides carboxyliques et dérivés 6
Réactions d’addition-élimination
• de nombreuses réactions de ont lieux selon un mécanisme d’addition-élimination (S&F 18.4) :
• la réactivité générale réflète la nature électroattracteur/donneur du groupe partant :
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R GP
O
+ NucR Nuc
O+ GP
Nuc
O GP
intermédiairetétraédrique
R NR2
O
R OR'
O
R O
O
R X
O
R'
O< < <
Réactivités relatives
• e.g.:
12
R X
O
R O
O
R'
O
R OR'
O
R NR2
O
H2O
25 oC
H2O
25 oC
H2O, H+
chaleur
H2O, H+
chaleur
R OH
O+
R OH
O
+
R OH+
R OH
O+
O
rapide
lent
très lent
très très lent
HX
R'CO2H
R'OH
HNR2
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Acides carboxyliques et dérivés 7
Dérivés des acides carboxyliques
• considérons la préparation et les réactions de quatre dérivés :
1. chlorures d’acide
2. anhydrides
3. esters
4. amides
13
R Cl
O
R O
O
R O
O
R'
O
R'
R NH
O
R'
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 :
• mécanisme :
14
R OH
O SOCl2
reflux R Cl
O
+ SO2 + HCl
R O
OH+ S
O
ClCl R O
O
SCl
OH
Cl
R O
O
SCl
OH
Cl
R O
OH
SCl
O
Cl R Cl
OH
R Cl
OCl–SO2 –HCl
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Acides carboxyliques et dérivés 8
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):
– e.g. :
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R Cl
O+
R' OH
ON
R O
O
R'
O
O Cl
O
OH
OHN
O
+O
OHN
O
O
Opyridine
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Acides carboxyliques et dérivés 9
Chlorure d’acide + alcool • les sont souvent préparés à partir d’un chlorure d’acide et
d’un , en présence d’une base comme la pyridine :
– e.g. :
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R Cl
O+ R' N
R O
O
R'OH
Cl
O
+ EtOH O
O
Etpyridine
Chlorure d’acide + amine • les sont souvent préparés à partir d’un chlorure d’acide
et d’une (secondaire, primaire, ou ammoniac):
– mécanisme :
18
R Cl
O+
R N
O
R'R'
HN
R"
où R' et R" = H, alkyle, aryle R"
R N
O
R'
H HR'H2N
R N
O
R'
H
+ R'NH3+
R Cl
O
R'H2N+ R
O
Cl
NHR'
H
- Cl-
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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) :
– e.g. :
19
R Cl
O+
R H
OLiAlH(O-t-Bu)3
Cl
O
H
OLiAlH(O-t-Bu)3
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
– e.g. :
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R OH
O 1) LiAlH4 ou BH3
2) H3O+ R OH
OH
O
OH
1) LAH
2) H3O+
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Préparation des anhydrides
• les anhydrides peuvent être préparés à partir des chlorures d’acide (vide supra)
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R Cl
O+
R' OH
ON
R O
O
R'
O
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 )
• une amine (formation )
22
R O
O O
R
R' OH
R O
O
R'HO
O
R+
R O
O O
R
R' NH2
R NH
O
R'O
O
RR' NH3+
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Sélectivité d’addition
• un anhydride a deux carbonyles qui peuvent être attaqués :
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R O
O O
R'
R Nuc
O+
HO R'
O
R OH
O+
Nuc R'
O
Nuc
OU
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. :
24
O
OH+
Cl
Cl Cl
Cl
O Cl
Cl Cl
O
O O
Cl
Cl Cl
O
O O
NuH
Cl
Cl Cl
OH
OO
+
Et3N
Nu
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Acides carboxyliques et dérivés 13
Exemple: macrolatonisation
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O
OH
OH
Cl
Cl Cl
Cl
O
O
O
OH
O
Cl
Cl
Cl
+
O
O
OH
O
Cl
Cl
Cl
Base O
O
Et3N
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
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Acides carboxyliques et dérivés 14
Préparation des esters
• l’estérification de Fischer est la méthode classique pour la préparation des esters (voir S&F 18.7A):
• mécanisme :
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R OR'
O
+ H2OR OH
O H+, R'OH
chaleur
R OH
O OH
R
OH
OR'
H T.P.
R OR'
O
R OR'
O
H+
–H+OH
R
OH2
OR'
R OH
O
+ HOR'
H
H
R OR'
O H+
R OR'
OH OH
R
OH2
OR'H2O
Hydrolyse des esters
• puisque cette réaction est à l’équilibre, la réaction inverse peut également avoir lieu :
• mécanisme :
28
R OH
O
+ HOR'R OR'
O H+, H2O
chaleur
OH
R
OH
OR'
H
R OH
O
+ HOR'
H –H+
R OH
O
+ HOR'
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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 :
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HOOH
OH+, chaleur
–H2O( )n O
O
( )n
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
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Transestérification
• la réaction d’un ester avec un excès d’alcool peut mener à une réaction de .
– mécanisme :
31
R OR'
O R"OH, H+
ΔR OR"
O
+ R'OH
R OR'
O OH
R
OR'
OR"
HH+
R OR'
O
+ HOR"
H
R OR"
O
R OR"
O–H+OH
R
OR'
OR"
H
H
- R'OH
Amidation des esters
• la réaction des esters avec les amines mène à un transfert acyle OàN (voir S&F 18.8D) :
– e.g. :
32
R' OR"
OR2NH
chaleur R' N
O
R
R
+ R"OH
O
OEtNH2
Δ
O
NH
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Acides carboxyliques et dérivés 17
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 :
– e.g. :
33
O
O1) LiAlH4
2) H3O+OH
R OR'
O
R OH
1) LiAlH4
2) H3O+
Alkylation des esters • les organolithiens et les réactifs de Grignard peuvent réagir avec
les esters, pour donner des (voir S&F 12.8)
34
R" OR'
OR MgBr
R"
OMgBr
R
OR' R" R
O- R'OMgBr R MgBr
R"
OMgBr
R
R
H3O+R"
OH
R
R
R" OR'
O
R" OH
1) RMgBr ou RLi
2) H3O+
R R
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Acides carboxyliques et dérivés 18
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
OR'
O
H
+N RHC OR'
O
Li
LiR
H
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) :
• mécanisme :
36
O O
OR'OR'
O
2
R
R
H
RLDA
CHRR'O
O
RH2C OR'
O
+R'O
OLi O
OR'CH2R
Li
RCH2R
OO
R'O
R+ R'OLi
CH2R
OO
R'O
Li
CH2R
OO
R'O
RR
H3O+
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Acides carboxyliques et dérivés 19
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 :
…mais la protonation de l’amine rend cette réaction .
37
R
O
OH Δ
H2N R'
R
O
NH
R'
R
O
O+ H3N R'
Lactames
• les lactames sont les , formés lors de la condensation d’un groupement et un groupement
dans la même molécule :
38
O
OHH2N
( )n( )n
chaleur
- H2O NH
O
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Acides carboxyliques et dérivés 20
Réactions des amides
• les amides sont encore plus stables et moins réactifs • on ne considère que la réaction suivante :
– hydrolyse
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Hydrolyse des amides
• en conditions basiques, le nucléophile est activé
– mécanisme :
40
R NH2
O
R O
O
+ NH3
NaOH
H2O
R NH2
O O
R
O
NH2
–OH –OH
H
O
R
O
NH2R O
O
+ NH3
H OH
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Acides carboxyliques et dérivés 21
R NH2
O
R NH2
OH
R NH2
OH
OHH
H2OH3O+
Hydrolyse des amides
• en conditions acides, l’électrophile est activé
– mécanisme :
41
R NH2
O
R OH
O
+ +NH4
H3O+
R NH3
OH
OH
R OH
OH- NH3
R OH
O- H+
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 :
42
R OR'
O 1) R"MgBr
2) H3O+ R OH
R" R"