O4–UtilisationdenucléophilesàcaractèrecarbanioniquepourlacréationdeliaisonsC—C 1
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Ch.O4Utilisationdenucléophilesàcaractèrecarbanionique
pourlacréationdeliaisonsC—C
INTRODUCTION
I. UTILISATIONDESORGANOMAGNESIENSMIXTESENSYNTHESE
I.1. REACTIONS D’ADDITION NUCLEOPHILE DES ORGANOMAGNESIENSMIXTES(PCSI) I.2. ACTIONSURLESESTERS I.3. ACTIONSURLESEPOXYDES I.4. BILAN:PREPARATIOND’ALCOOLSPARSYNTHESE MAGNESIENNE
II. LESANIONSENOLATE II.1. ACIDITED’UNHENaD’UNGROUPEMENTC=O II.2. PREPARATIONDESENOLATES II.3. REACTIVITEDESENOLATES
III. C-ALKYLATIONDESENOLATES III.1. BILANETMECANISME III.2. DIFFICULTESEXPERIMENTALES
IV. REACTIONS D’ALDOLISATION ET DE DCONDENSATIONALDOLIQUE
IV.1. DIMERISATIONPARALDOLISATION/CETOLISATION IV.2. CROTONISATION DES ALDOLS. CONDENSATION ALDOLIQUE IV.3. ALDOLISATIONCROISEE
V. REACTION D’ADDITION DE MICHAEL SURUNEa-ENONE
V.1. LESa-ENONES:DESELECTROPHILESAMBIDENTS V.2. REACTIOND’ADDITIONDEMICHAEL
VI. TAUTOMERIECETO-ENOLIQUE VI.1. MISEENEVIDENCEEXPERIMENTALE VI.2. POSITIONDEL’EQUILIBRETAUTOMERIQUE VI.3. MECANISMESD’ENOLISATION
CONCEPTS-CLESIon énolate, énolate cinétique, énolate thermodynamique, énol, tautomérie céto-énolique, C-alkylation, aldolisation,crotonisation,aldolisationcroiséedirigée,condensationaldolique,réactiondeMichael.
COMPETENCESESSENTIELLESDEVELOPPEES- O41:Proposerunesynthèsemagnésienned’unalcooloud’unacidecarboxylique [I]- O42:Ecrire la formulede labase conjuguéed’un composé carbonyléénolisable et justifier sa stabilité en invoquant lamésomérie [II]
- O43:Proposeroujustifierlechoixd’unebasepermettantdedéprotoneruncomposécarbonyléouuncomposéanalogue[II]- O44: Justifier la réactivité nucléophile ambidente de l’énolate dans le modèle de la mésomérie ou par l’analyse desorbitalesfrontalières [II]- O45:Décrirelesinteractionsentreorbitalesfrontalièresdesréactifsetinterpréterlarégiosélectivitédel’alkylationd’unénolate [III]
- O46: Choisir dans le cadre d’une stratégie de synthèse lesmeilleures conditions de préparation d’un aldol issu d’unealdolisationcroisée [IV]
- O47:Justifierparlacompétitionavecl’aldolisationl’impossibilitéd’alkylerunaldéhyde [IV]
- O48:Justifierlarégiosélectivitédelacrotonisationenprésenced’unebase [IV]
- O49:Décrire les interactions entreorbitales frontalièresdes réactifs et interpréter la régiosélectivitéde la réactiondeMichael [V]
- O410:IdentifierdansuneanalyserétrosynthétiquelesréactifspermettantderéaliseruneadditiondeMichaelsurunea-énone [V]
- O411:Représenter lesénols isomèresd’uncomposéénolisable. Identifierunénolet représenter lecomposécarbonylédontilestissu [VI]
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INTRODUCTION
Onpeutregrouperlesréactionsutiliséesensynthèseorganiqueendeuxgrandesclasses:
- les réactions d’interconversion de fonctions, dont certaines ont été étudiées en PCSI et dans leschapitresO1,O2etO3;
- les réactions permettant d’allonger la chaine principale carbonée,qui vise à former des liaisonsentredeuxatomesdecarbone.
Ces dernières réactions impliquent très souvent un nucléophile carboné et un électrophile carboné, même si desréactionsradicalairespeuventaussiêtremisesenœuvre.DetelsréactifsnucléophilescarbonésontétérencontrésenPCSI:cesontlescomposésorganométalliques.
Danscechapitre,nousreviendronssurl’utilisationdecescomposésorganométalliques,etnousintroduironscelledenucléophilescarbonésissusdesdérivéscarbonylés,appelésénolates,envuedecréerdesliaisonscarbone-carbonesimples.
I. UTILISATIONDESORGANOMAGNESIENSMIXTESENSYNTHESEI.1.REACTIONSD’ADDITIONNUCLEOPHILEDESORGANOMAGNESIENSMIXTES(PCSI)
+Surlesdérivéscarbonylés:
+Surlacarboglace(CO2solide):
Exercicemaisonobligatoire:s’assurerdesavoirécrirelesmécanismesréactionnelsassociésàcesdeuxréactions.
I.2.ACTIONSURLESESTERS
+Réactivité:lesorganomagnésiensmixtessontd’excellentsnucléophiles,desortequ’uneréactiond’AdNsurlesesters
estpossiblesansactivationélectrophiledelafonctionester.
+Schémamécanistique simplifié: Comme pour la réduction d’un ester par LiAlH4, unepremière étape d’AdN suivied’uneéliminationdugroupementpartantalcoolateconduitàundérivécarbonylé,dontlaréactivitéestplusgrandequel’esterdedépart(cf.chapitreO2),etquisubitdoncunesecondeAdN,plusrapidequelapremière.
O41
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Schémamécanistiquesimplifiéd’actiond’unorganomagnésienmixtesurunester(AdN+E+AdN):
Actiond’unorganomagnésienmixtesurunester:
L’actiondedeuxéquivalentsd’unorganomagnésienmixtesurunesterconduitàunalcooltertiaire:
Onnepeutpas,parcebiais,stopperlaréactionàl’intermédiairecétone.
Exemple:actiond’unorganomagnésiensurunelactone
I.3.ACTIONSURLESEPOXYDESa-REACTIVITEDESEPOXYDES
b-ACTIOND’UNORGANOMAGNESIENMIXTESURUNEPOXYDEExemple:
R MgX(2eq)
R1C
OR2
O
Et2OouTHF
1/
2/H⁺,H2O
OH
CR1 R
R
OO 1/$CH3MgCl$(2$eq),$Et2O
2/$H2O,$H+
C C
Oδ+δ+
Nu
carbones tétragonaux
réactivité enSN2
O41
MgBr
O1/ ,Et2O
2/HCl,H2OOH
(62%)
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Mécanisme:
Régiosélectivitésurunexemple:Deuxsitesd’attaquepotentielscoexistentsurlesépoxydesasymétriques.
Ouvertured’unépoxydeparactiond’unorganomagnésienmixte:
Régiosélectivité:l’attaquenucléophilesefaitpréférentiellementsurlecarbonefonctionnellemoinsencombré;laSN2estsouscontrôlestérique,d’autantplusquel’organomagnésienmixteestencombré.
Lecaséchéant,laréactioneststéréospécifique(inversiondeconfigurationrelativedeWaldenparSN2).
I.4.BILAN:PREPARATIOND’ALCOOLSPARSYNTHESEMAGNESIENNE
Exercicedecours:Commentpeut-onsynthétiserle2-méthylpentan-2-olparsynthèsemagnésienneàpartird’unecétone,d’unester,etd’unépoxyde?
Moléculecible
Synthons
Schémaréactionnel
MgBr
1/O
Me,Et2O
2/NH4Cl,H2O
1 2
R MgX + C C
O
H R3R1 R2
après hydrolyseOH
R2
R3
HR1
R
OH
OH
OH
OH
O41
O41
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II. LESANIONSENOLATEII.1.ACIDITED’UNHENaD’UNGROUPEMENTCARBONYLE
p𝐾# = 50
𝐩𝑲𝐀 = 𝟏𝟗
Aciditéenadugroupementcarbonyle:
-Lesatomesd’hydrogèneportésparuncarboneenadugroupementcarbonyleprésententuncaractèreacide:
Lacauseenestlastabilisationducarbanion,nomméionénolate,parconjugaison.
-SiundérivécarbonylépossèdeuntelHena,onditqu’ilesténolisable.
+Casdescomposés1,3-dicarbonylés:
-énolatedesb-dicétones:
Le H ena des deux groupements carbonyle est particulièrement acide, car la base conjuguée est encore davantagestabilisée par conjugaison (pour la penta-2,4-dione, pKA»9: acide faible dans l’eau, déprotonable par action d’unalcoolate,deHO–oumêmedeCO./0...).
-énolatedesb-cétoesters:
-énolatedesb-diesters:
H3C
H2C
H H3CCH2
CH
H2CO
H CH
CH2O
O O
BaseH H
αα'
(ex : CO32–)
O O
Hαα'
pKA
α' α'
O42O42
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L’aciditéenaestexaltéeparlesecondgroupementmésomèreattracteur.Beaucoupd’autresfonctionspeuventdonnerlieuàdesénolates,maisellesneserontpasétudiées,danslecadreduprogramme.
II.2.PREPARATIONDESENOLATESa- OBTENTIONPARDEPROTONATIONQUANTITATIVE
- Lescomposéscarbonyléssontdesacidestrèsfaibles(p𝐾# ≈ 20)ànécessitéd’unebasetrèsfortepourunedéproto-nationquantitative.Encequiconcernelesdérivés1,3-dicarbonylés(p𝐾# < 14),unebasemodérémentfortesuffira.
- Attention:unebaseforteestaussipotentiellementunbon…………………………………:risquederéactionsd’……………surlecarbonefonctionnel…
Obtentionquantitatived’anionsénolateàpartird’uncomposécarbonylé:
+Composéscarbonylés:
OnutilisedesBASESFORTESNONNUCLEOPHILEStellesque: -leshydruresalcalins:NaHetKH(pKA=35);
-lesdérivésorganométalliquesencombréscomme(Li+,Ph3C–),(Na+,Ph3C–)ou(K+,Ph3C–);
-lesamiduresencombrésR2N—: leprincipalestledi-iso-propylamiduredelithium(LDA,pKA=35).
+Composés1,3-dicarbonylés:
-utilisationdesoudeoudepotasseàHO–(casdesb-dicétones);
-utilisation d’un alcoolateà RO–, de p𝐾# ≈ 16 (cas des b-cétoesters ou des b-diesters, afin d’éviter unesaponification)
Exemples:
b- REGIOSELECTIVITEDELADEPROTONATIONENaD’UNECETONE
+Exempleavecunecétonedissymétrique:deuxénolatespeuventêtreformés
OLDA,&'78&°C'
KH,&25&°C'
O
O
OEt
O O
OEt
OO
H Ph3CLi
MeH
HOα
α'
basefortenonnucléophile
MeH
Oα
α'Me
HOα
α'+
O43
O45
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+Contrôlecinétique/contrôlethermodynamique:
-L’énolateleplusstableestl’énolate……………………………………………………………=produit……………………………………….
- Le H le plus facilement déprotonné est celui ……………………………………………………………………………………..…,
correspondantà l’énolate…………………………………………………………………………=produit………………………………………….
+Quelquestendancesexpérimentales(HP,maispeuttomberauxconcours):
Lebutestd’obtenir la formationrégiosélective, soitde l’énolate«thermodynamique», soitde l’énolate«cinétique».NousapprofondironscepointenTD.D’oresetdéjà,quelquestendancessimplespeuventêtreretenues.
Pourobtenirmajoritairementl’énolatecinétique,ilfaut:
-favoriser la déprotonation du C en a le moins encombré (rôle de la base);
-température
II.3.REACTIVITEDESENOLATES +ModèledeLewis:
poidssupérieurpourO–(électronégativité)
Lesionsénolatessontdesnucléophilesbidentessur𝐂𝜶etO.
+ModèledesOM:Lesrésultatsd’uncalculpourlesorbitalesmoléculaires del’ionéthénolatesontregroupésci-dessous:
Atomes O1 C2 C3
CoefficientsdelaHO -0,42 0,54 0,73
Charges -0,90 0,07 -0,17
MeH
HOα
α'
basefortenonnucléophile
MeH
Oα
α'
Me
HOα
α'+
LDA,–78°C,THF
LDA,0°C,THFNaH,20°C,THF
100%
97%26%
0%
3%74%
O44O44
O O
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Réactivitédesanionsénolates:
-souscontrôlecinétiqueorbitalaire:
cfGrecais
-souscontrôledecharge(plusrarepourlesréactionsànotreprogramme):
Ainsi,selonlesconditionsexpérimentales (solvant,contre-ion,etsurtoutsubstratélectrophile), lesanionsénolaterevêtentuncaractèrenucléophiletantôtcarboné,tantôtoxygéné.
+Etsilecontrôleestthermodynamique?
Il faut comparer la stabilité des produits. Or, la liaisonp(C=O) est plus forte que la liaisonp(C=C) (cf. données deschapitresO1etO2).OnretiendradoncqueleproduitissudelaréactionmettantenjeulanucléophilieduCenaserafavorisésouscontrôlethermodynamique:
III. C-ALKYLATIONDESENOLATESIII.1.BILANETMECANISME
+Exemple(synthèseduLongifolène):lesénolates,entantquenucléophilescarbonéspuissants,peuventréagirparSN2surleshalogénoalcanes.
O
O
1/1eq(Ph3C–,Na⁺),Et2O,Tamb2/CH3I
O
OCH3
α2
α1
α3
α4
O
O
via
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RéactiondeC-alkylationdesénolates:
RXprimaireousecondaire
(R’X:halogénoalcaneprimaireousecondaire) ALKYLATIONDELAPOSITION𝜶
+Régiosélectivitédel’étapedeC-alkylationdanslasynthèsedulongifolène:
+Descriptionsouscontrôleorbitalaire
OnrappellelesrésultatsducalculconcernantlaHOdel’ionéthénolate,etonreprésentelaBVdeCH3I:
Atomes O1 C2 C3
CoefficientsdelaHOdel’ionéthénolate -0,42 0,54 0,73
Conclusion:Souscontrôlefrontalier,lecarboneena(siteleplusnucléophile,oùlaHOestlaplusconcentrée)réagitsurlecarbonefonctionneldel’halogénoalcane,surlequelsetrouveleplusgroslobedelaBVdeceréactif.OnadoncbienC-alkylation,quiprocèdeparSN2.
III.2.DIFFICULTESEXPERIMENTALESa- POLYALKYLATION
SiledérivécarbonyléprésenteplusieursHenpositiona,unmélangedeproduitsissusdelamono-alkylation,di-alkylation…peutêtreobtenu,etcemêmeenprésencedequantitésstœchiométriquespourlabased’unepart(étapedeformationdel’énolate),etpourleréactifalkylantd’autrepart(C-alkylationproprementdite).
RC
O
C
R2
R1
H
1/ B forte– BH+α
RC
O
C
R2
R1α2/ R'–X– X–SN2
RC
O
C
R2
R1
R'
α
1/α3
1/
1/
α2
α1 O
O
O
O
α2
α1
α3
α4
O
O
O
O
O
O45
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Exemple:
JLp311,mettreles1eq,27%mono,36%di,restedontsubstratnonalkylé
b- COMPETITIONAVECLAO-ALKYLATIONSilaréactionn’estpassouscontrôleorbitalaire(doncsouscontrôledechargeengénéral),laO-alkylationpeutdeveniruneréactionparasitevoiremajoritaire.
Tendancesexpérimentales(connaissancenonexigible,voircelacommeunexercice):
Contre-iondel’énolate Réactifalkylant
C-alkylationfavoriséesi… Li+ R—I,R—Br
O-alkylationfavoriséesi… K+ R—OTs,R—Cl,R3Si—Cl
Interprétation:Ils’agitd’unecompétitionentrecontrôleorbitalaireetcontrôledecharge!
-rôleducontre-ion:comparaisondespouvoirpolarisants
-rôleduréactifalkylant:polarisationdelaliaisonC—GP
c- COMPETITIONAVECLAb-ELIMINATIONSURLEREACTIFALKYLANTUne autre réaction parasite pose problème pour la C-alkylation des énolates, qui sont également des bases fortes: lab-éliminationsurledérivéhalogénéoutosylé.
O
HH
1/%NaH,%Et2O2/%CH3I%(1%eq)
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Exemple:
d- ECHECDEL’ALKYLATIONDESALDEHYDESDansdesconditionsclassiquesdeC-alkylation,lesaldéhydesneconduisentpasauproduitattendu,maisàundimère!
Exemple:
IV. REACTIONSD’ALDOLISATIONETDECONDENSATIONALDOLIQUEIV.1.DIMERISATIONPARALDOLISATION/CETOLISATION
a- BILANETMECANISME
+Reprenonsl’exempleduII.2.d.Dèssaformation,l’énolatedel’éthanal,nucléophilecarbonépuissant,estenprésenced’unélectrophile,l’éthanallui-même:
Au bilan, il y a donc dimérisation de l’aldéhyde par catalyse basique. La réaction conduit à un composébifonctionnel,unb-hydroxyaldéhyde(ALDOL).Laréactionmenéesurunecétoneconduiraitàuneb-hydroxycétone(CETOL,nomdésuet).
Unionénolateestregénéréenfinderéactionetiln’yadoncpasbesoind’employerunequantitéstœchiométriquedebasepourlegénérer.
Ph
O1/ LDA, 0°C 2/
Tamb
BrPh2C
H
H
O1/%LiH,%Et2O2/%MeI
O OHet%non
major
O
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Dimérisationd’unaldéhydeoud’unecétoneparaldolisation/cétolisation
Enmilieu basique, les aldéhydes/cétones sont en équilibre avec leur dimère appeléALDOL, si elles possèdent unHénolisable:
NB1:Letermede«cétolisation»estenpratiquecourammentremplacépar«aldolisation»(etl’IUPACvalidecetteoption).
NB2:Labaseemployéepeutêtrefaiblecarelleajustepourrôledegénérerunequantitécatalytiqued’ionsénolatedanslemileu.
+Exemple:
b- CARACTERISTIQUESEXPERIMENTALES
©Lesréactionsd’aldolisation/cétolisationsont………………………………………etsouscontrôle……………………………………….Lesdifférentesétapessontéquilibrées.Laréactioninverseestappeléerétro-aldolisation.
©Lesréactionsd’aldolisationsont…………………………………………………………………………………………,alorsquelesréactionsde
cétolisationsont……………………………………………………………………………….
-Onpeutdéplacerleséquilibresdecétolisationparutilisationd’unmontagedeSoxhlet,enéliminantaufuretàmesurelecétolformé(voirannexe,pourlaculture),maislaréactionresteassezlente.
NB:C’estpourquoil’aldolisationestuneréactionparasiteimportantelorsdelasynthèsedesénolatesetdoncdesréactionsdeC-alkylationdesaldéhydes,inopérantesenpratique.Acetitre,l’alkylationdesénolatesestenpratiqueréservéeauxcétones:lacétolisation,réactionlenteetthermodynamiquementlimitée,estbeaucoupmoinsgênante.Deplus,elleestrenversable…
IV.2.CROTONISATIONDESALDOLS.CONDENSATIONALDOLIQUEa- BILAN
Exemple:Lesaldols comportentungroupementhydroxyleetpeuventdoncêtredéshydratésendérivéscarbonylésa,b-conjuguées.Leurspécificitéestqu’ilspeuventaussisubirunedéshydratationenmilieubasique:
RC
O
C
R2
R1
H
αR
C
O
C
R2
R1
H[β]+
B (catalyseur)
∆renversable
RC
O
C
R2 R1
α CCHR1R2
R O
[β]
H
ALDOL
H
O OH
HH
H2SO4,'∆)'H2O H
O OH
HH
HO–,'EtOH,'∆)'H2O
O
O
Et3N&(excès)40°C,&2h
O47
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Déshydratation(crotonisation)d’unaldolenmilieubasique:
Lesaldols(etcétols)peuventsedéshydraterparchauffageenmilieubasique:
Laréaction,souscontrôlethermodynamique,estrégiosélective:ilseformealorsdesaldéhydesoudescétonesa,b-insaturéesoua-énonesou«crotones».
+L’ensemble de la séquence aldolisation/cétolisation suivie de la crotonisation, sans isolement de l’aldol/cétol, estappeléecondensationaldolique.
+Exemplesdecondensationaldolique:
b- SCHEMAMECANISTIQUE
Schémamécanistiquedecrotonisationenmilieubasique:àMécanismespécifiquededéshydratationdesaldols,impossibledanslecasdesalcools:E1CB
IV.3.ALDOLISATIONCROISEEa- ALDOLSCROISES
Laréactiondedimérisationdesaldéhydes(oudescétones)enaldols(cétols)estpeuemployéeenpratique.Eneffet,trèssouvent,ons’intéresseàlasynthèsed’aldolsquinesontpasdimères.
Exercice:Rétrosynthèse
Apartirdequelsdérivéscarbonyléssynthétiseriez-vousl’aldolsuivant?
C
O
C
H
αC
Oβ
HB (catalyseur)
∆ C
O
CαCβ
O
K2CO3
H2O, Δ2
O O
(80%)
KOH
H2O, Δ(62%)
O
K2CO3
H2O, Δ2
O O
(80%)
KOH
H2O, Δ(62%)
O48
Ph
OOH
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Le souci vient du fait qu’en plaçant ces deux composés carbonylés énolisables en milieu basique, on obtientpotentiellement4produits,dontdeuxaldolsdits«croisés»!
b- CASOUUNDESDERIVESCARBONYLESN’ESTPASENOLISABLEExemple:
L’ajoutdel’éthanalaugoutteàgoutteestnécessaire:
Ce n’est qu’à ce prix que l’aldéhyde énolisable ne se dimérise pas et qu’on obtient majoritairement le produitd’aldolisationcroiséesouhaité.
Exercicemaison:pourquoicetteprécautionn’est-ellepasvraimentnécessairesionremplacel’éthanalparlapropanone?
c- ALDOLISATIONCROISEEDIRIGEE
Le but est de séparer expérimentalement l’étape de formation quantitative de l’énolate et l’addition de ceténolate sur un substrat dérivé carbonylé. On se place dans des conditions dans lesquelles un seul des deuxénolatespossiblesestformé,defaçonquantitativeetnonrenversable,grâceàunéquivalentdebaseforte(LDA,amidure,hydrure…).
1/Formationquantitatived’unénolateintermédiaireunique2/Ajoutdudérivécarbonyléélectrophile
Ilestnécessaire: - d’ajouterlesubstratcarbonyléaugoutteàgoutte
- deprocéderàbassetempérature
afin de ne pas favoriser une réaction acido-basique rapide entre l’énolate formé à la première étape et le substratcarbonylé,quiesténolisable.
KOH,EtOH40°C
O OH
α
O OH
ALDOLSDIMERES
ALDOLSCROISES
Ph
Ph
cétolaldol
O
léger excès dans NaOH, H2O
O(goutte à goutte)
Δ
non isolé
(65%)
Ph
O 1/&LDA*78°C,&THF
2/&3/&H2O
O(94&%)
O46O46
Ph
OOH
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C4C3 C2
O1
Exercicederétrosynthèse:Commentsynthétisersélectivementl’a-énonesuivante?
V. REACTIOND’ADDITIONDEMICHAELSURUNEa-ENONEV.1.LESa-ENONES:DESELECTROPHILESAMBIDENTS
+Miseenévidencededeuxsitesélectrophiles:modèledeLewis
UnnucléophilepourraeffectueruneAdNsurl’unoul’autredesdeuxsitesélectrophiles.LemodèledeLewisnepermetpasdetrancherenfaveurdel’unedesdeuxoptions.
+RéactivitédanslemodèledesOM:
Les résultats d’un calcul pour les orbitales moléculaires du prop-2-énal sontregroupésci-dessous:
Atomes O1 C2 C3 C4
CoefficientsdelaBV 0,43 –0,58 –0,23 0,66
Chargesnettes -0,57 +0,33 –0,04 +0,22
Réactivitéélectrophiledesa-énones:
àSouscontrôlecinétiquefrontalier:unea-énonesubirauneAdNsur
àSouscontrôlecinétiquedecharge:unea-énonesubirauneAdNsur
Exemples:Interprétonsentermesdecontrôlecinétiqueetdemécanismelesdeuxréactionssuivantes.
O
O 1/MeLi,Et2O,–78°C OH
2/NH4⁺,H2O
H
O
O49
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V.2.REACTIOND’ADDITIONDEMICHAELUne réactiond’additiondeMichael est la réactiond’AdNd’unénolate, formé in situ enprésenced’unebase,surunea-énone.Ellerevêtuneimportanceparticulièreensynthèse(cf.TD:annélationdeRobinson).
+Exemple:
+Mécanisme:
Réactiond’additiondeMichael:
L’addition(1,4)d’unénolatesurunea-énoneestappeléeadditiondeMichael:
Laréactionnécessitelaprésenceaumoinscatalytiqued’unebaseforte.Elleestsouscontrôlecinétiqueorbitalaire.
O PhSH, 0°C
SPh
O
RC
O
CR1
R2
O+ aprèshydrolyseacide R
CC
O
R1 R2
O
Oα+
H2C CH
C O
H3C12
34
NaOEtEtOH
O
H2CCH2
CH3C O
α
43
21
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+Exemple:
+Rétrosynthèse:Commentpeut-onobtenir,paradditiondeMichael,la1-phénylhexan-1,5-dione?
VI. TAUTOMERIECETO-ENOLIQUEVI.1.MISEENEVIDENCEEXPERIMENTALE
Equilibredetautomériecéto-énoliqueouénolisation:
Les aldéhydes et les cétones énolisables peuvent exister sous deux formes isomères de fonction, appeléestautomères: la forme «cétonique» et la forme «énol», qui sont en équilibre enmilieu acide ou enmilieubasique.
NB:leterme«énolisation»neseréfèrepasàlatransformationd’uncomposécarbonyléenionénolate,erreurfréquente.
MiseenévidenceenRMN1H:
Danscertainscas(formeénolpasultra-minoritaire),onpeutmettreenévidencecetteformeenspectroscopiedeRMN:
RC
O
C
R2
R1
H
α
FORME CETONIQUE
[H+] ou [ B](catalyseur) R
C
O
C
R2
R1α
FORME ENOLIQUE
H
O
O
O
+1/ KOH (0,01 eq), MeOH
2/ Reflux, 3h
O410O411
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Exercicemaison:Expliquerquela(S)-3-phénylbutanoneseracémiserapidementenmilieulégèrementacide,à25°C.
VI.2.POSITIONDEL’EQUILIBRETAUTOMERIQUE
Formecétonique
Formeénolique
K0=[énol]/[carbonyle] 10-5 610-9 30 107
Commentaire
VI.3.MECANISMESD’ENOLISATIONL’équilibreestcatalyséenmilieuacideoubienenmilieubasique.
àCatalyseacide:
àCatalysebasique:passageparunionénolate
O O OOO
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L’ESSENTIELENTREIZEQUESTIONS…
1. Savez-vousproposerdifférentesvoiesdesynthèsemagnésienned’unalcoolprimaire,secondaireoutertiaireàpartird’unaldéhyde,d’unecétone,d’unesteroud’unépoxyde?
2. Savez-vousexpliquerpourquoi,dansuncomposécarbonyléénolisable(aldéhyde,cétone,ester),unHenadugroupementcarbonyleestacide?
3. Savez-vousdansquellesconditionsexpérimentales,selonlanatureducomposé(aldéhyde,cétone,dicétone,b-dicétone,b-diester,b-cétoester)onpeutgénérerunénolatedefaçonquantitativeoubienlimitée?
4. Savez-vous interpréter l’importancedesconditionsexpérimentalesquipermettent, lorsquecelaestpossible,d’obtenirsélectivementunénolateparmid’autresàpartird’undérivécarbonylé?
5. Savez-vous interpréter la réactiviténucléophileambidented’unénolatedans lemodèledeLewisd’unepart,dansl’approximationdesorbitalesfrontalièresd’autrepart?
6. Savez-vousreconnaitreouproposerdesconditionsopératoirespouralkyleruncomposécarbonyléenpositiona?
7. Savez-vous reconnaitre ou proposer des conditions d’aldolisation ou de condensation aldolique d’un dérivécarbonylé,oudecrotonisationd’unaldol?
8. Savez-vous interpréter ou proposer des conditions sélectives d’aldolisation (ou de condensation aldolique)croiséedirigéeentredeuxdérivéscarbonylés?
9. Savez-vous écrire le mécanisme d’AdN responsable d’une réaction d’aldolisation? Savez-vous écrire lemécanismed’uneréactiondecrotonisationenconditionsbasiques(E1CB)?
10. Savez-vousinterpréterlaréactivitéélectrophileambidented’unea-énonedanslemodèledeLewisd’unepart,dansl’approximationdesorbitalesfrontalièresd’autrepart?
11. Savez-vousreconnaitreuneréactiond’additiondeMichaeletproposerunmécanismepourcetteréaction?
12. Savez-vous proposer des réactants pour réaliser la synthèse d’un dérivé 1,5-dicarbonylé par addition deMichaeld’unénolatesurunea-énone?
13. Savez-vousexpliquerqu’undérivécarbonyléestenéquilibreplusoumoinslimitéavecunénol,enmilieuacideoubasique?
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ANNEXE:MONTAGESOXHLET.EXEMPLEDELACETOLISATIONDELAPROPANONE
Cemontageestdestinéàdéplacerl’équilibredecétolisationverslecétol.
1.Préparatifs:
- Le solvantd’extraction, qui est aussi le substrat: la propanone, est placédans leballon;
- L’extracteur est emboîté sur le ballon, et la cartouche d’extraction en cartonperméable est introduite dans l’extracteur, avec le catalyseur basique, la barytehydratéeBa(OH)2,quiestINSOLUBLEdanslesolvantd’extraction;
- Le réfrigérant à eau est à son tour emboîté sur l’extracteur et mis enfonctionnement;
- Le solvant d’extraction est porté à ébullition vive de manière à refluer dans leréfrigérant.
2.Laréaction:
-Lapropanonecondenséedansl’extracteur,dontlatempératureestd’environ30°C,tombesurlabaryte,etl’équilibredecétolisations’établitdanslacartouche,quiconstituelemilieuréactionnel;
-Lasolutiondecétol(trèsdilué)remplitprogressivementlevolumedel’extracteur,etquandleniveaudelasolutionatteintlehautdusyphon,lesiphonages’amorce,etlaphaseliquideredescendentotalitédansleballon:lecétolseretrouvedansleballon,etnelequitterapas(Téb(cétol)=156°C>>Téb(propanone)=56°C);
- Au cours des cycles de siphonage successifs, le cétol s’accumule dans leballon,oùilestHORSEQUILIBRE(enl’absencedebase,l’équilibredecétolisationnepeuts’établir)!