ENOLS ET ENOLATES O H Énol O Base H-Base H C …Comportement ambident de l'énolate O CH 2CHCH 2Cl...
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© Thierry Ollevier CHM-2000 Chimie organique II ENOLS ET ENOLATES O H OH Énol O H 3 C H Base O H 3 C Énolate H-Base O H 3 C H Base O H 3 C H-Base + + + + O H 3 C O H 3 C enolates-01 2017-01-06 15:43
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© Thierry Ollevier CHM-2000Chimie organique II
ENOLS ET ENOLATES
O
H
OH
Énol
O
H3C
H
Base
O
H3C
Énolate
H-Base
O
H3C
H
Base
O
H3CH-Base
+
+ +
+
O
H3C
O
H3C
enolates-01 2017-01-06 15:43
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Schéma général de la déprotonation d'un composé carbonylé
ÉnolateO
H
Base
O
H-Base+ +
O
O
stabilisation de l'anionpar résonance
C C
O
H
C
H
pKa 19-21 pKa 40-50
L'hydrogène en α (H) est anormalement acide car l'anion qui résulte de la déprotonation est très bien stabilisé !
L'hydrogène en β (H) n'est pas acide.
enolates-02 2017-01-06 15:45
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O
CH3 CH3Base
O
H3C CH2
énolateH-Base
+
pKa = 19-21cétone
Les protons en position α du carbonyle sont "acides".
R
O
RO
O
H
H
HH
H
H
pKa = 19-21 pKa = 25
O
H3C CH2-
O
CH3O CH3Base
O
CH3O CH2
énolateH-Base
+
pKa = 25ester
O
CH3O CH2-
R R
O O
R OR
O O
RO OR
O O
pKa = 9 pKa = 11 pKa = 13
H H H H H H
enolates-03 2017-01-06 15:45
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O
H2C H
Problème (solution)
Problème☞
O
HH3C
O
O
O
Identifiez les hydrogènes les plus acides dans chacune des molécules suivantes. Donnez la structure de l'ion énolate qui résulte de la déprotonation. a) acétaldéhyde, b) propanal, c) propanone, d) heptan-4-one, e) cyclopentanone.
O
Ha)
O
H3CHC H
O
H2C
O
H3CH2CHC
O
- H+
- H+
- H+
- H+
- H+
enolates-04 2017-01-06 15:46
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Les énols et les énolates sont des nucléophiles qui peuvent réagir avec des électrophiles.
Un énol est moins nucléophile qu'un énolate car il ne contient pas de charge négative :
O
H
H
H
O
H
H
O
H
E
H
O
H
E
H
HH
E+ -H+
O
H
H
H
O
H
H
O
H
E
H
E+
dépend de la base
utilisée
Les réactions en milieu acide se font via la forme énol alors que les réactions en milieu basique se passent via la forme énolate.
tautomères
Tautomères céto et énolO OH
> 99 % < 1 %très faible % de forme énol à l'équilibre
enolates-05 2017-01-06 15:46
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Préparation d'un énolate
OO
Ni-Pr
i-PrLi
H
HH
H
HNi-Pr
i-Pr+
THF
Li
+
LDA
O O
ion énolate de la cyclohexanone
Comportement ambident de l'énolate
O
CH2 CHCH2Cl H+
OH
O
C-alkylation
O-protonation
tautomérisation
La nature de l'électrophile peut être très variable : un halogénure d'alkyle (C-alkylation), un proton (O-protonation).
enolates-06 2017-01-06 15:47
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Racémisation
Isomérisation
O OO KKOH
CH3CH2OH
Isomérisation du dérivé cis en dérivé trans (plus stable) via la forme énolate.
CH3
O
H3CH
Ph
(S)-3-phénylbutan-2-one
CH3
O
HH3C
Ph
(R)-3-phénylbutan-2-one
EtOH EtOH
achiral
PhCH3
CH3
O
conséquence : une solution d'un énantiomère pur (R ou S) dans un mélange EtO-/EtOH conduira au mélange racémique du composé
CH3
O
H3CH
Ph EtOHCH3
O
H3CH
PhCH3
O
HH3C
Ph
(S) (S) (R)
+
molécule chiralesous forme d'un seul
énantiomère
molécule chirale en mélange racémique
50 % 50 %
EtO EtO
EtO
enolates-07 2017-01-06 15:47
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Mécanisme de l'isomérisation
O
H
O
cétone chirale
OH
énolate achiral énol achiral
Catalyse basique
Catalyse acide
O
H
cétone chirale
OH
énol achiral
O
H
OH H OH
H O H
HH
O H
H
- OH
- H3O
Principe de l'isomérisation : on perd la chiralité via la formationd'un énol ou d'un énolate.
enolates-08 2017-01-06 15:48
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Réactions des énols et des énolates
1) Échange des H acides par des D (deutérium)
C CH3
O
H3C
H3C CH3
D2O (excès)
DCl(source de D+)
C CD3
O
H3C
H3C CH3
via énol (milieu acide)
C CH3
O
H3C
H3C CH3
D2O (excès)
NaOD(source de OD-)
C CD3
O
H3C
H3C CH3
via énolate (milieu basique)
Milieu acide
enolates-09 2017-01-06 15:48
© Thierry Ollevier CHM-2000Chimie organique II
1) Échange des H acides par des D (deutérium) (suite)
C CH3
O
H3C
H3C CH3
D2O (excès)
NaOD(source de OD-)
C CD3
O
H3C
H3C CH3
via énolate (milieu basique)
Milieu basique
C C
O
H3C
H3C CH3
C C
O
H3C
H3C CH3 H
H
C C
O
H3C
H3C CH3 H H
D
on répète cette séquencedeux autres fois
pour obtenir le produit
HH
HO D
OD
D
C CD3
O
H3C
H3C CH3
Problème 17.2 (S)☞
Problème 17.3 (S)☞
- OD- HOD
enolates-10 2017-01-06 15:48
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C CH3
O
H3C
H3C CH3
Br2 (1 équiv.)
C CH2Br
O
H3C
H3C CH3
via énol (milieu acide)
C CH3
O
H3C
H3C CH3
Br2 (1 équiv.)
C CBr3
O
H3C
H3C CH3
via énolate (milieu basique)
2) Halogénation
CH3CO2H
NaOH
33 % (+ 66 % de méthylcétone)
C CH3
O
H3C
H3C CH3
Br2 (3 équiv.)
C CBr3
O
H3C
H3C CH3
via énolate (milieu basique)
NaOH
100 %
En milieu acide, la réaction s'arrête généralement à la mono-halogénation.
En milieu basique, il est difficile de s'arrêter à la mono-halogénation.
enolates-11 2017-01-06 15:49
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Milieu acide
H
C CH3
O
H3C
H3C CH3
C C
O
H3C
H3C CH3
H
H H
H
C C
O
H3C
H3C CH3
H
H
HC C
O
H3C
H3C CH3 H H
Br
2) Halogénation (suite)
Br Br
H
L'étape initiale de l'halogénation en milieu acide est l'énolisation.L'énolisation du dérivé mono-bromé par protonation du carbonyle sera plus difficile (à cause de l'effet électroattracteur du brome) que l'énolisation du produit de départ non bromé. Il y a donc un ralentissement de l'halogénation après que le premier halogènea été introduit. On s'arrête donc généralement à la mono-halogénation.
Exemple
O
Br
O
Br
BrBr2
CH3CO2H
72 %
- HBr
- H+
enolates-12 2017-01-06 15:49
© Thierry Ollevier CHM-2000Chimie organique II
Milieu basique
C C
O
H3C
H3C CH3
C C
O
H3C
H3C CH3
H
C C
O
H3C
H3C CH3
Br
2) Halogénation (suite)
Br BrOH
Hb est plus acide que Ha ; l'énolate du produit mono-bromé va doncse former plus facilement que l'énolate du produit non-bromé.La poly-bromation va donc se produire avant que toute la méthylcétone ne soit convertie en produit mono-bromé (voir pourcentages) !
Ha
H
HH
- HaOH
HbH
C C
O
H3C
H3C CH3
Br
BrH
C C
O
H3C
H3C CH3
Br
BrBr
enolates-13 2017-01-06 15:50
© Thierry Ollevier CHM-2000Chimie organique II
2) Halogénation (suite)
C CH3
O
H3C
H3C CH3
Br2 (3 équiv.)
C CBr3
O
H3C
H3C CH3
via énolate (milieu basique)
NaOH
Intérêt de ces trihalogénocétones ?
Réaction à l'haloforme
C CBr3
O
H3C
H3C CH3
1) OH-
2) H3O+ C OH
O
H3C
H3C CH3
HCBr3+
Mécanisme
C CBr3
O
H3C
H3C CH3
OH
!
enolates-14 2017-01-06 15:50
© Thierry Ollevier CHM-2000Chimie organique II
Réaction à l'haloforme (suite)
CH3
O1) I2, NaOH2) H3O+ HCI3+
OH
O
Illustration
viaCI3
O
= Conversion d'une méthylcétone en acide carboxylique (ΔC=-1).
Problèmes complémentaires☞
1) O
CH3
1) Br2, OH-, H2O
2) H3O+?
2)CH3
O1) Cl2, OH-, H2O
2) H3O+?
enolates-15 2017-01-06 15:50
© Thierry Ollevier CHM-2000Chimie organique II
Réponses aux problèmes complémentaires
1) O
CH3
1) Br2, OH-, H2O
2) H3O+
2) 1) Cl2, OH-, H2O
2) H3O+
O
OH
OH
O
viaO
CBr3
CH3
O
via CCl3
O
Problème 17.2 (S)☞
Problème 17.3 (S)☞
Problème 17.4 (S)☞
Problème 17.5 (S)☞
enolates-16 2017-01-06 15:51
© Thierry Ollevier CHM-2000Chimie organique II
Réactions des énols et des énolates
3) Réactions d'alkylation des énolates
C CH3
O
H3C
H3C CH3
C CH2
O
H3C
H3C CH3
Électrophiles : halogénures d'alkyles primaires et secondaires (SN2)Nucléophiles : énolates (énols pas assez nucléophiles)
Les énolates doivent être préformés quantitativement avec une base forte.
Exemples
NaOH
Na
+ + H2O
pKa = 19 pKa = 15,7
NaOH ne sera donc pas utilisé dans une réaction d'alkylation (NaOH n'estpas une base assez forte pour générer l'énolate quantitativement).NaOH peut en outre réagir avec l'halogénure d'alkyle !
Solution
Ni-Pr
i-PrLi HN
i-Pr
i-Pr+
LDA
C CH3
O
H3C
H3C CH3
C CH2
O
H3C
H3C CH3
+
pKa = 19 pKa = 35
Li
THF
C C
O
H3C
H3C CH3 H
H
CH3
CH3I
enolates-17 2017-01-06 15:51
© Thierry Ollevier CHM-2000Chimie organique II
Formation régiosélective des énolates
OH
H3C
H
H
OH
H
OH
H3CH3CH
B
énolatecinétique
énolatethermodynamique
énolate cinétique- énolate le moins stable (double liaison la moins substituée)- énolate formé en arrachant le proton le moins encombré (se forme généralement plus rapidement)
OH
H3C
H
H
OH
H3CH
B
énolate thermodynamique- énolate le plus stable (double liaison la plus substituée)- énolate formé en arrachant le proton le plus encombré
OH
H3C
H
H
OH
HH3C
B
base typique :base faible dans solvant protique (MeONa/MeOH)
base typique :base forte dans solvant aprotique (LDA/THF)
enolates-18 2017-01-06 15:52
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énolate cinétique- l'hydrogène arraché est le moins encombré stériquement- l'énolate cinétique sera formé majoritairement quand la réaction est "cinétiquement controlée"
énolate thermodynamique- l'hydrogène arraché est le plus encombré stériquement- l'énolate thermodynamique sera formé majoritairement quand les conditions équilibrantes conduisent à l'énolate le plus substitué
Exemples
OH
H3C
H
H
OH
H3CH
LDA, 0°C (conditions cinétiques) 99 % 1 %Et3N (conditions thermodynamiques) 22 % 78 %
OH
HH3C
OH
H3C
H
H
OH
H3CH
1) LDA2) CH3I
Li
OH
H3C
H
CH3
via H3C I
enolates-19 2017-01-06 15:52
© Thierry Ollevier CHM-2000Chimie organique II
Exemples
O
O1) LDA
2)Br
O
O
Ph
O1) NaH, benzène, Δ2)
Br
Ph
O
Ph OO Ph
O1) LDA
2) BrBuPh O
O Ph
O
Bu
O Br
LDAéther
O
enolates-20 2017-01-06 15:52
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