Chimie organique : mécanismes

• Classification des réactions

• Réactions de substitution nucléophiles

• Réactions d’additions

• Réactions d’élimination

Classification des réactions

• Classification selon le bilan• SubstitutionsCH3-Cl + H-OH →→→→ CH3-OH + H-Cl• AdditionsH2C=CH2 + H2 →→→→ H3C-CH3

• EliminationsCH3-CH2OH →→→→ H2C=CH2 + H2O

• Réarrangements (ou transpositions)H2C=CHOH →→→→ H3C-CH=O

Aspect cinétique : rappel

• Cas simple : réaction élémentaire• A + B-C A…B…C A-B + C

lent rapide

état initial complexe activé (ET) état final

Étape 1 : lente, rév (E act)

Étape 2 : rapide, irrév

• Complexe activé : monomoléculaire (1 seule espèce, vitesse déterm) ou bimoléculaire

Substitutions nucléophilesC-X + Y- →→→→ C-Y + X -

Formule Nu Nom Nu Formule produit Nom produit

HO- hydroxyde R - OH alcool

H2O eau R - O+H2 alkyloxonium R - OH

RO- alcoolate R - O - R éther

ROH alcool R - O+H - R dialkyloxonium

RCOO- carboxylate R-COO-R ester

NH3 ammoniac R NH3 + alkylammonium R - NH2

RNH2 amine primaire R2 NH2 + dialkylammonium R2 NH

R2NH amine secondaire R3 NH + trialkylammonium R3 N

HS- hydrosulfure R - SH thiol

RS- sulfure R - S - R thioéther (sulfure)

CN- cyanure R - CN nitrile

Nusoufrés

Nucarbonés

Nuoxygénés

Nuazotés

Substitutions nucléophilesC-X + Y- →→→→ C-Y + X -

Mécanisme S N 1• 2 étapes

étape 1 lente monomolv1 = k [substrat]étape 2 rapide

v2 ≠ fn [réactifs]

• Formation d’un carbocation plan

• Si C* ���� racémique

ordre 1

Cl

CH3

CH3

CH3OH

CH3

CH3

CH3+ Cl -OH -

CH3

CH3

CH3

lente

+

OH -

OH -vreact = v1

Substitutions nucléophilesC-X + Y- →→→→ C-Y + X -

Mécanisme S N 2

• 2 étapes continues (ET bimoléculaire)

• étape élémentaire : v = k [CH 3OH] [OH -]

• Si C* →→→→ inversion de configuration (Walden)ordre 2

Cl

H

HH

sp3

OH-

Cl

H

HH

+ -

sp2

OH- OH

H

HH

sp3

+-

Cl

SN2 dans la celluleMéthylations biochimiques

RX incompatible avec cytoplasme

Nbreux composés naturels avec OMe ou NMe

O

O OCH3

CH3

CH3

NH2

mescaline

O

O

NH

H

CH3

O

R

R'morphine (R = R' = H)

codéine (R = CH 3, R' = H)

SN2 dans la celluleMéthylations biochimiques

R-X ~ ATP = Ad - O - P - P - P R X

S

NH2

O

OH

Ad O

S+

NH2

O

OH

Ad

O+ SN2+

-

triphosphate

+

P P P P P P

SH

NH2

O

OH

AdOH

NH2

OMe

NHMe

S

NH2

O

OH

Ad

SN2

+

ou + ou +

( Met + ATP)

MetS-adénosylMet

S-adénosylhomoCys

Comparaison S N1 - SN2

SN1 SN2

primaire jamais courammentsecondaire parfois parfoistertiaire couramment jamais ( encomb .)

racémisation inversion

v ≠ f([Nu]) v = f([Nu])

Nu neutre Nu anionique

Structure RX

Stéréochimie

Nucléophile

Échelle de nucléophilie1. Ions plus Nu que molécules neutres corresp.

2. Colonne tableau, éléments bas + Nu

3. Ligne tableau, éléments gauche + Nu

HO- > HOHRO- > ROHRS- > RSH

R OH

O

R O

O

>-

HS- > HO-

RSH > ROH

I- > Br - > Cl - > F -

(CH3)3 P: > (CH3)3 N:

H3N: > H2Ö: > HF

RRR

NR

RR O> > >- F -

Moins électro-

Moins électro-

Substitutions électrophiles

• Essentiellement en série aromatique

• Orientation de la substitution dépend de la nature des groupements déjà présents sur cycle

H

H

H

H

H

H

A+δ+δ+δ+δ+ δ−δ−δ−δ−

B

H

H

H

H

H

H

A

+ B -+

H

H

H

HA

H

H+ B

6C sp2 2C sp3 6C sp2

Réactions d’addition

• Composés insaturés

ex. formation d’alcools par hydratation des alcènes

• Règle de Markovnikov :H migre sur le C le + hydrogéné(carbocation le + stable )

R 1

R 2 H

R 3 HR 1

R 2 H

R 3

complexe ππππ

+H

+

HR 1

R 2 H

R 3+

H

HR 1

OHR 2 R 3

H2O

HR 1

R 2 H

R 3+

H

OHR 1

HR 2 R 3

Réactions d’élimination

• 2 types E 1 et E2, compétition avec S N1 et SN2

X

H

+ Nu-

Nu

H+ X

-SN

E+ HNu + X

-

Réactions d’élimination

• mécanisme E 1 monomoléculaire (v = k [RX])2 étapespassage par un carbocation

X

H H

+

X-+

B -

+ HB

Réactions d’élimination

• mécanisme E 2 bimoléculaire (v = k [RX][B -])

1 étape, processus continu

X

H

B -

X+ HB + -

Réactions d’élimination

Groupe éliminable en milieu de chaîne

Problème de régioisomérie

CH3

CH3

Br

base

• Règle de Saytzev :On obtient la double liaison la + substituée

CH3

CH3 CH3

CH2+

Réactions de transposition

• Mécanisme intermédiaire entre attaque nucléophile et réaction électrophile

• Nu- et E agissent simultanément

• Ex : hydrolyse des ac. nucléiques par ribonucléase

énolisation des cétones

OH

H+- B

O H

HB