TRAVAUX DIRIGES DECHIMIE ORGANIQUE

UE CO3bCHI 306

ANNEE 2005-2006

COURS DE: S. GRELIER S. NLATE L. POUYSEGU

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DERIVES HALOGENES

SUBSTITUTION NUCLEOPHILE ET ELIMINATION

1) Déterminer les configurations R/S, à la fois des réactifs et des produits, dans

les réactions SN2 suivantes.

Br+H

CH2CH3

H3C Cla)

b)

c)

d)

Cl

OH

+ OCCH3

O

Cl

OH

+ OCCH3

O

Cl

HH3C

H3C H

Br2 I+

-----------------------------------------

2) Classer les membres de chaque groupe d’espèces ci-dessous dans l’ordre de (1)

basicité, (2) nucléophilie et (3) aptitude nucléofuge en tant que groupe partant.

Expliquer brièvement les réponses.

CH3CO2a) H2O HO

b) ClBr IF

c) OCN SCN

-----------------------------------------

3) Dans les réactions SN2 lentes, en particulier l'hydrolyse permettant de passer

des halogénures RCH2X aux alcools RCH2OH, on utilise une catalyse par l'iodure

de sodium.

a) Préciser le mécanisme mis en jeu.

b) Si on possède alors du (R)-1-chloro-1-deutériopropane, quelle sera la

configuration de l'alcool obtenu sans catalyse et avec catalyse par les ions

iodure ?

-----------------------------------------

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4) Le bromure de tertiobutyle subit, en solution dans l'acide acétique, la réaction :

(CH3)3C Br + CH3 CO2H (CH3)3C OCOCH3 + H Br+

a) Définir le type de réaction dont il s'agit.

b) Si on ajoute de l'acétate de sodium au mélange réactionnel, dans l'acide

acétique, on constate que la vitesse de la réaction ne varie pratiquement

pas. Proposer un mécanisme en accord avec cette constatation.

c) On utilise maintenant le 3-bromo-2-méthylhexane lévogyre que l'on soumet

à la même action de l'acide acétique pur.

Proposer une méthode expérimentale simple permettant de suivre

l'avancement cinétique de la réaction.

-----------------------------------------

5) Le dérivé halogéné A, de configuration S, réagit avec le méthanolate de sodiumpour donner, par réaction de substitution, le composé B optiquement actif!:

ClCH CH2CH2CH3CH3CH2

A

CH3O NaB

a) Préciser s’il s’agit d’une réaction de substitution mono- ou bimoléculaire.

Justifier brièvement.

b) Que peut-on dire sur la stéréochimie de cette réaction!? Justifier

brièvement.

c) Représenter les composés A et B en projection de Fischer. Déterminer la

configuration absolue de B en nomenclature R/S.

-----------------------------------------

6) Soit l’équation bilan suivante!:

CH2(CH3)3C

A

CH3OH

B

Cl + CCH3CH3

OCH3CH2CH3 + HCl

a) Détailler le mécanisme permettant d’expliquer la formation de B.

b) Donner le type de la réaction

-----------------------------------------

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7) Peut-on déduire des observations expérimentales suivantes les mécanismes

réactionnels mis en jeu dans les réactions observées ?

a) les composés tertiobutylés tBu-Y réagissent dans un milieu éthanol-eau à

20% en donnant : 64% d'un mélange tBuOH + tBuOEt et 36% d'isobutène

aussi bien avec Y = Cl qu'avec Y = +N(CH3)3 ou +S(CH3)2.

b) Le 2-bromo-2-méthylbutane, traité par des alcoolates dans le DMSO, donne

un mélange, en proportions variables, de 2-méthylbut-2-ène et 2-méthylbut-1-

ène.

CH2 C(Br)(CH3)2 +CH3 CH C(CH3)2CH3 CH3 CH2 C(CH3) CH2

a) EtOKb) tBuOK

71%28%

29%72%

-----------------------------------------

8) Le (2R,3R)-2-chloro-3-méthylpentane, traité par le tertiobutylate de potassium

dans le diméthylsulfoxyde (tBuO-/DMSO), conduit à un composé majoritaire A

accompagné d'une proportion sensible d'isomère de position B.

a) Donner la nature des produits A et B ainsi que leur stéréochimie.

b) Expliquer que le même chlorure traité par (MeO-/MeOH) conduit aux

produits A, B et C. Ce dernier produit (C) ne réagit pas avec H2 en présence

de catalyseur (Pd/C).

-----------------------------------------

9) On considère les quatre isomères A, B, C et D suivants :

A B C DBrBr

Br

Br

a) Classer ces composés par ordre de réactivité croissante pour une réaction avec leméthanol dans les conditions d'une substitution SN1. Justifier brièvement.

b) Quel sera le résultat stéréochimique à partir de A de configuration S!?

c) Lequel des quatre isomères réagirait le plus vite avec la soude dans les conditionsd'une substitution SN2 ? Justifier brièvement.

d) Quel sera le résultat stéréochimique à partir de C de configuration R!?

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e) Le chauffage avec la soude conduit également à des produits issus d'uneélimination E2. Quels produits obtient-on à partir de D et quel est le produitmajoritaire ? Justifier votre réponse.

-----------------------------------------

10) L’action du cyanure de sodium sur le 2-chloro-1-phénylpropane (A) de

configuration S, dans l’acétone, conduit à un produit (B). La réaction se déroule

conformément à la loi de vitesse : v = k.[RCl].[CN-].

a) Représenter la formule spatiale de (A) à l’aide de la représentation de Cram.

b) Quelle est la réaction qui est mise en jeu!? Quelle en est la conséquencestéréochimique ?

c) Représenter la formule spatiale du produit (B) à l’aide de la représentation deCram. Donner sa configuration absolue.

Dans un milieu et à une température donnés, on observe pour le (S)-1-chloro-1-

phénylpropane une réaction plus rapide et dont la vitesse est indépendante de la

concentration en cyanure (contrairement à ce qui se produit dans les mêmes

conditions pour le (S)-2-chloro-1-phénylpropane).

d) De quel mécanisme s’agit-il!? (justifier brièvement)

e) Que peut-on prévoir quant à la stéréochimie du produit ?

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ORGANOMAGNESIENS

11) Les composés ci-après peuvent être obtenus par réaction, suivie d'hydrolyse,

d'un organomagnésien M avec un composé A . Déterminer pour chacun d'eux un

couple M/A approprié.

a) Le butan-1-ol

b) La diphénylcétone

c) Le triphénylcarbinol (triphénylméthanol)

d) L'acide benzoïque

-----------------------------------------

12) Le phénylbutan-2-ol peut être obtenu par réaction, suivie d'hydrolyse, d'un

organomagnésien M avec un composé A.

a) Déterminer un couple M/A approprié pour cette synthèse. Justifier.

b) Ecrire le mécanisme de la réaction mettant en jeu le couple M/A proposé.

-----------------------------------------

13) Proposer deux méthodes pour préparer le 1,1-diphénylpropan-1-ol.

-----------------------------------------

14) A partir du chlorure RCl, proposer une synthèse organomagnésienne des alcools

primaires suivants : RCH2OH, R(CH2)2OH, R(CH2)3OH.

-----------------------------------------

15) Quel produit obtient-on par action du bromure de phénylmagnésium sur du

butanoate d’éthyle!?

Proposer au moins une autre méthode de synthèse de ce produit.

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DERIVES OXYGENES ET SOUFRES

16)

a) Le 1-bromo-3-méthylbutane (A), le 1-bromo-2-méthylbutane (B) et le 2-bromo-3-

méthylbutane (C) sont soumis à l’action de la soude aqueuse à reflux dans le but

de former les alcools correspondants. (A) conduit à l’alcool attendu tandis que (B)

donne un mélange d’alcool et d’alcène et (C) uniquement un alcène.

Retracer et justifier les diverses réactions qui interviennent.

b) Que se passe-t-il si on substitue l’eau à la soude aqueuse!?

c) La méthode la plus efficace pour obtenir les alcools consiste à soumettre (A) et

(B) à l’action de l’acétate de potassium dans le DMF à chaud, puis à hydrolyser les

esters formés. Justifier ce mode opératoire.

d) Ce mode opératoire, appliqué au composé (C) de configuration S, conduit à la

formation d’un alcool de configuration unique. Quelle est cette configuration!?

Justifier ce résultat.

-----------------------------------------

17) Justifier les observations expérimentales suivantes!:

a) La formation du tertiobutylate de sodium est plus lente que celle de l’éthylate de

sodium, elle-même beaucoup plus lente que celle du phénate de sodium.

b) La préparation du méthyltertiobutyléther donne de meilleurs résultats par

addition du tertiobutylate de potassium au bromure de méthyle que par addition de

méthylate de sodium au bromure de tertiobutyle.

c) La préparation du méthyltertiobutylthioéther est au contraire plus facile à

partir du bromure de tertiobutyle qu’à partir du bromure de méthyle.

d) Les thioalcools sont plus acides que les alcools correspondants et les

thioalcoolates, à l’inverse des alcoolates, peuvent être préparés par action des

bases alcalines aqueuses sur les thioalcools.

-----------------------------------------

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18) Compléter toutes les cases (produit ou réactif) des réactions de transformation

du n-pentanol :

PBr3

Na2Cr2O7, H2SO4, H2O

Cl

OH

H

O

CH3COCl, pyridine

-----------------------------------------

19)

a) Quel composé obtient-on lorsqu’on traite, à chaud, par la soude aqueuse en

présence de 1-bromopropane, un mélange équimolaire de phénol et de cyclohexanol!?

Justifier.

b) Le phénol réagit avec le méthanal, en milieu basique dilué, pour donner un mélange

de composés aromatiques dihydroxylés. Quels sont ces composés!?

-----------------------------------------

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20) Ecrire la formule du (des) produit(s) auquel (auxquels) on peut s’attendre le plus

vraisemblablement dans chacune des réactions suivantes. Justifier.CH2OH

H2SO4 conc.180 °C

a)

b) CH3 CH2 CH2 Cl CH3 CH2 CH CH2

OCH3+

c) CH3 CH2 CH2 O CH3 CH2 CH CH2

ClCH3+

DMSO

HMPA

d)

O

+ CH3IDMSO

OCH3

-----------------------------------------

21) Le citronellol (A) peut présenter la conformation suivante!:

A OH

a) Quel est son nom en nomenclature systématique!?

b) Des alcools, isomères entre eux, se distinguent du citronellol par la présence

d’une seconde double liaison mais avec le même squelette!: le géraniol (B) est un

D2,3 citronellol de configuration E, le nérol (C ) est un D2,3 citronellol de

configuration Z, le linalol (D) est un isomère de position du nérol qui porte un

méthyle et un hydroxyle en position 3.

Identifier et représenter ces 3 alcools monoterpéniques issus du raisin et

responsables avec le citronellol de l’arôme caractéristique des muscats et du

Riesling.

c) Montrer qu’on peut facilement passer, en milieu acide, du nérol au géraniol et au

linalol. Retracer ces conversions.

d) Lors du vieillissement du Riesling en bouteille, on constate une diminution des

concentrations des 4 composés (A), (B), (C) et (D) et l’apparition avec le temps de

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leurs composés homologues oxygénés (A’), (B’), (C’) et (D’), obtenus par addition

d’eau sur la double liaison gem-diméthylée des 4 composés initiaux.

Préciser les structures (A’), (B’), (C’), (D’) et leur mode de formation respectif à

partir de (A), (B), (C) et (D) sachant que le pH du Riesling est voisin de 4.

-----------------------------------------

22) Proposer une synthèse de la molécule (A) en choisissant des réactifs simples.

Les lignes ondulées indiquent les positions recommandées pour former les liaisons

carbone-carbone.

CCH3

CH3CH2CH2

CH2CH3

CHO

A

-----------------------------------------

23) L’ail fraîchement haché contient de l’allicine, composé responsable de la

véritable odeur alliacée. L’allicine présente également des propriétés

antibactériennes notoires et semble efficace pour limiter le niveau de

cholestérolémie chez les animaux soumis à un régime riche en cholestérol.

Proposer une synthèse simple du disulfure (A), précurseur de l’allicine, à partir du

3-chloropropène.

AH2C CH CH2 S S CH2 CH CH2

O

allicineH2C CH CH2 S S CH2 CH CH2

H2O2 (1 equiv)

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DERIVES AZOTES

24) Attribuer la classe (primaire, secondaire, tertiaire) de chacune des amines

suivantes!:

CH2 CHN

CH3

H CH2CH3

apéténil(un anorexigène = pilule de régime)

NH coniine

(extraite de la ciguë, toxique)

péthidine(analgésique)N

CH3

Ph CO2CH2CH3 NH2

HOOH

dopamine(neurotransmetteur)

-----------------------------------------

25) Ecrire les structures des alcènes qui sont susceptibles d’être produits lors de

l’élimination d’Hofmann au niveau de chacune des amines suivantes :

CHNH2

CH2CH3a) b)NH2

-----------------------------------------

26)

a) Ecrire un mécanisme détaillé pour expliquer la diazotation de l’aniline PhNH2 en

présence de HCl et de NaNO2, ainsi qu’un mécanisme plausible pour sa

transformation en iodobenzène à la suite d’un traitement par une solution aqueuse

d’iodure de potassium.

b) Quel composé obtient-on en remplaçant KI par CuCN!?

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REVISIONS

27) Le (3S,4S)-3-bromo-3,4-diméthylhexane (A) traité par l’éthanolate de sodium

(EtONa) dans l’éthanol conduit à un mélange, optiquement actif, de trois produits

principaux B, C et D.

Le composé majoritaire B contient une double liaison et se forme via une réaction

qui se déroule conformément à la loi de vitesse!: vB = k1 ¥ [A] ¥ [EtONa].

Les deux composés minoritaires C et D contiennent une fonction éther-oxyde et

sont obtenus par une réaction qui se déroule selon la loi de vitesse!: vC/D = k2 ¥ [A].

a) Représenter A en projection de Fischer.

b) Expliquer le mécanisme de formation de B. Donner sa structure.

c) Expliquer le mécanisme de formation de C et D. Donner leurs structures

respectives en projection de Fischer.

d) Expliquer pourquoi le mélange obtenu (composés B, C et D) est optiquement

actif.

-----------------------------------------

28) A partir du toluène comme seul produit organique et de tous les produits

minéraux nécessaires proposer la synthèse la plus efficace permettant de

préparer :

a) Le bromure de benzyle

b) Le phénylacétonitrile

c) L'alcool benzylique

d) Le dibenzyléther

-----------------------------------------

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29) Proposer les réactifs (catalyseur et solvants si nécessaires) des réactions a-gqui permettent d'effectuer la synthèse suivante :

OHt-Bu Me

OMet-Bu Me

OMet-Bu Me

Br

a) b)

OMet-Bu Me

c)

d)

MeO

t-Bu

MeHOTsCl, pyridine

CaBr2

MeO

t-Bu

MeBre)MeO

t-Bu

MeHO2C

MeO

t-Bu

MeClOC

SOCl2

f) MeO

t-Bu

Me Og) MeO

t-Bu

Me Ph OH

-----------------------------------------

30) Donner le nom des deux réactions suivantes et compléter toutes les cases(produit ou réactif) :

a)

NH2

CH3

HNO2

H2SO4+ 2 H2O

D

I

CH3

KCN

Nom de la réaction :

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b)

D

CH3I (excès)NH2Ag2O / H2O

- AgI

Nom de la réaction :+ N(CH3)3

+ H2O

-----------------------------------------

31) A partir du cyclohexanol proposer une synthèse des composés suivants. Vouspréciserez tous les réactifs organiques et inorganiques nécessaires. Certainessynthèses peuvent nécessiter plusieurs étapes.

OH

Br

H3C

CHH3C

HOOC

HOOC

HOOC

CH3

H3CHO

b)

c)

d)

e) f)

a)

O

g)

h)

-----------------------------------------

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32) Synthèse de l’Inapétyl (dérivé de l’amphétamine, utilisé pour restreindrel’appétit). Compléter toutes les cases (produit ou réactif).

AlCl3+

CH3

Cl2

CH2Cl

UV

Et2O

Mg

CH2 CH

OH

CH3

2) H2O / H+

CH2 C

O

CH3

NH2-CH3

+H20CH2 CH

HN

CH3

CH3

CH2 CH

N

CH3

CH3CH2

pyridine Inapétyl

1

2

3

4

5

6

7

1)