Le point sur le programme

1. Mélanges et transformations : aspects thermodynamiques

         1.1 Changements d’état isobares de mélanges binaires

         1.2 Transformations physico-chimiques

 

2. Énergie chimique et énergie électrique : conversion et stockage

         2.1 Thermodynamique des réactions d’oxydoréduction

         2.2 Cinétique des réactions d’oxydoréduction

 

3. Atomes, molécules, complexes : modélisation quantique et réactivité

         3.1 Orbitales atomiques

         3.2 Orbitales moléculaires et réactivité

         3.3 Orbitales moléculaires et structure des complexes

         3.4 Activité catalytique des complexes ; cycles catalytiques

 

4. Molécules et matériaux organiques : stratégie de synthèse et applications

         4.1 Conversion de groupes caractéristiques :

                   Additions (reste H2 en catalyse homogène)

                   Additions-éliminations

                   Oxydoréduction 

         4.2 Création de liaison CC :

Diels-Alder

Enolates

Magnésiens

C=C

 

         4.3 Matériaux organiques polymères

4. Molécules et matériaux organiques : stratégie de synthèse et applications

                4.1 Conversion de groupes caractéristiques :

                               Additions-éliminations

Notions et contenus

Capacités exigibles

Additions nucléophiles suivies d’élimination

 

De l’acide carboxylique aux amides et aux esters.

 

Activation du groupe carboxyle : ex situ sous forme d’un chlorure d’acyle ou d’un anhydride d’acide ; in situ par protonation, par formation d’un anhydride mixte, in vivo par formation de l’acétylCoA.

 

 

 

 

 

 

 

Synthèse des esters à partir des acides carboxyliques, des chlorures d’acyle et des anhydrides d’acide : aspects cinétiques et thermodynamiques,  mécanismes limites. 

 

 

Synthèse des amides à partir des acides carboxyliques, des chlorures d’acyle et des anhydrides d’acide : aspects cinétiques et

thermodynamiques, mécanismes limites.

 

 

 

 

 

 

 

 

Des amides ou esters à l’acide carboxylique.

Hydrolyses acide et basique des esters et des amides : conditions opératoires.

Mécanisme limite de la saponification.

 

 

 

 

 

 

Comparer les réactivités électrophiles des acides carboxyliques, chlorures d’acyle,  anhydrides d’acide, esters, amides, les aptitudes nucléofuges des groupes partants dans les molécules correspondantes et en déduire l’importance de l’activation du groupe carboxyle.

 

Proposer et/ou analyser différents moyens d’activation d’un groupe carboxyle. 

 

Expliquer comment obtenir un bon rendement de synthèse d’ester à partir d’un alcool primaire ou secondaire et d’un acide carboxylique selon la méthode d’activation choisie et les conditions expérimentales.

 

Justifier le choix des conditions opératoires retenues pour la synthèse des amides.

 

Utiliser la formation des esters et des amides dans le cadre d’une stratégie de synthèse nécessitant la protection d’un groupe hydroxyle ou d’un groupe amino.

 

Déduire de la structure d’un polyester ou d’un polyamide la formule du ou des monomères correspondants et réciproquement.

 

Justifier le choix des conditions opératoires

d’hydrolyse.

 

 

Approche documentaire : à partir de documents relatifs à la synthèse peptidique, analyser les stratégies de synthèse in vitro et in vivo.

 

 

 

Utilisation des organomagnésiens en synthèse Synthèse des alcools par action des organomagnésiens sur les époxydes et les esters : bilan, mécanisme schématique.

Proposer une synthèse magnésienne d’un alcool.

 

 

1. Vue d’ensemble sur les acides carboxyliques et leurs dérivés

         1.1. Les acides carboxyliques

·        Structure, possibilité de liaisons hydrogène

·        Nomenclature systématique, traditionnelle, priorité des groupes

http://www.afd-ld.org/~fdp_chimie/docs/org/ch11_acides_carboxyliques_et_derives.pdf

Propriétés physiques

·         Changements d’état, solubilité : doc page 11

·         Propriétés spectroscopiques : IR, RMN

·         Propriétés chimiques : essentiellement l’acidité  (comparaison des  pKa) doc page 16 et suivantes

·         Peu électrophiles en l’absence d’activation

http://evans.rc.fas.harvard.edu/pdf/evans_pKa_table.pdf 

Conséquences :

·        On peut les extraire en milieu basique

·        Leurs propriétés électrophiles sont masquées (réaction avec NH3, H-, avec RMgX…).

·        Les carboxylates peuvent réagir comme nucléophiles (bons) ou électrophiles (mauvais mais pas nuls)

         1.2. Les dérivés « activés » : chlorures d’acyle, anhydrides d’acide

Structure, nomenclature, anhydrides symétriques ou mixtes

Propriétés physiques : plus de groupe O-H à …

Propriétés spectroscopiques : bande C=O, cas des anhydrides

         1.3. Les amides et les esters

Structure, nomenclature

Propriétés physiques 

Propriétés spectroscopiques

Acidité des amides non tertiaires

2. Les réactions d’addition-élimination

         2.1. Rappels

                   Terminologie

                   Additions : exemples 

C=C : hydroboration, hydratation acido-catalysée, dihydrogénation, syn-dihydroxylation

C=O : RMgX, hydrures mixtes

                   Eliminations : exemples

Déshydratation des alcools en milieu acide

RX à alcène en milieu basique

         2.2. Addition-élimination

                   Etape d’addition : facteurs influençant sa vitesse

Approche classique : effets –I et +M des groupes attachés au C fonctionnel : Cl ou O assez rapide, N moins rapide

Approche quantique : pouvoir électrophile

                   Etape d’élimination : facteurs influençant sa vitesse

Pouvoir nucléofuge du Z-, corrélé à sa basicité

Cl- > RCOO- > RO- > NH2-

                   Conclusion : notion de dérivé activé.

Synthèse des chlorures d’acyle

Agents chlorants : PCl3, SOCl2

 

Synthèse des anhydrides d’acides

Carboxylate sur chlorure d’acyle (mixte ou symétrique)

Agent déshydratant (symétrique)

 

3. De l’acide carboxylique aux esters (acylation de l’alcool)

         3.1. Estérification (mécanisme de Fischer)

·        Sur les alcools primaires et secondaires

·        Bilan

·        Caractéristiques de la réaction

·        Comment améliorer le rendement

·        Mécanisme : activation in situ par protonation

 

         3.2. Passage par un dérivé activé

·        Activation ex situ en chlorure d’acyle ou anhydride symétrique

·        Conditions et mécanisme de l’obtention de l’ester

·        Caractéristiques de la réaction, rôles de la pyridine

·        Activation in situ par passage par un anhydride mixte :

http://www.synarchive.com/named-reactions/Yamaguchi_Esterification

Rq :

·        la DMAP joue ici le rôle de catalyseur mais le réactif de Yamaguchi est consommé

·        la pyridine peut être utilisée pour piéger le chlorure d’hydrogène lors de la réaction avec un chlorure d’acyle : une partie est consommée, une partie joue aussi le rôle de catalyseur

 

         3.3. Application : protection de fonctions

·        Ex acide carboxylique en ester de tBu (perte d’acidité, empêche les attaques nucléophiles)

·        Ex alcool en acétate ou benzoate         


 

         3.4. Thioesters

 

·        Définition, dérivés soufrés plus nucléophiles et plus nucléofuges que leurs équivalents oxygénés à effet catalytique

·        Exemple  activation in vivo d’un acide gras en acyl coA, synthèse des triglycérides

http://chemwiki.ucdavis.edu/Organic_Chemistry/Organic_Chemistry_With_a_Biological_Emphasis/Chapter_12%3A_Acyl_substitution_reactions/Section_12.3%3A_Thioesters

         3.5. Polyesters

« Déduire de la structure d’un polyester ou d’un polyamide la formule du ou des monomères correspondants et réciproquement. »

 

Ex PET : monomères ? synthèse à partir du DMP, transestérification

Ex phosgène + bisphénol A ?

 

http://pslc.ws/macrog/level2.htm : polyesters

même site, niveau 4 : voir le mécanisme en milieu basique de la synthèse du PET par transestérification  (making polyester)

http://fr.wikipedia.org/wiki/Polyester : voir le tableau et analyser la structure des polyesters

Ester cyclique = lactone

4. De l’acide carboxylique aux amides (acylation de l’ammoniac ou d’une amine)

         4.1. Réaction de l’acide carboxylique

Problème de la compétition basicité nucléophilie : on obtient un sel qui doit être déshydraté à chaud

         4.2. Passage par les dérivés activés

Conditions et mécanisme de l’obtention de l’amide, rôle de la base (indispensable)

         4.3. Protection/déprotection d’un groupe amine

Synthèse des protéines : étude documentaire

         4.4. Polyamides

Ex PA 6 à partir du caprolactame , nylon 6-6, rilsan (PA 11)

 

http://fr.wikipedia.org/wiki/Polyamide : voir la liste des PA et analyser leur structure

 

Amide cyclique = lactame

http://pslc.ws/macrog/level4.htm : making nylon 6-6, making nylon 6

5. Des esters ou amides à l’acide carboxylique

            5.1. Rappel : les deux étapes de l’addition-élimination sont lentes

            5.2. Une solution : activer l’électrophile

Bilan des hydrolyses en milieu acide, H+ catalyseur ?

Mécanisme

            5.3. Une autre solution : prendre un nucléophile plus « vigoureux »

Bilan des hydrolyses en milieu basique

Mécanisme de la saponification des esters, intérêt par rapport à l’hydrolyse acide

Mécanisme de l’hydrolyse basique des amides

6. Action des organomagnésiens sur les esters

            6.1. Rappel sur les organomagnésiens

            -inversion de polarisation

            - nucléophilie, réactions d’addition nucléophile, de substitution          nucléophile

            -basicité : inconvénients, avantages

            6.2. Réaction sur les esters : addition/élimination/addition/hydrolyse

Exemples.

Rq : même résultat sur les chlorures d’acyle, les anhydrides et les amides « tertiaires ». Sur les amides non tertiaires, acide/base.

 

Prochain épisode : conversion de groupes caractéristiques par oxydo-réduction