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QUELQUES REACTIONS DE BASE (2)

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Plan de l'étude:

ADKINS (oxosynthèse)	FRIEDLÄNDER	REIMER ET TIEMANN
ADKINS(réduction des acides)	FRIES (réarrangement de)	REPPE (oxosynthèse)
ALDOLISATION	GABRIEL	RILEY
ANALYSE RETROSYNTHETIQUE	GATTERMANN-KOCH (oxosynthèse)	RITTER
ARBUZOV	HAJOS-PARRISH	ROBINSON (annellation de)
ARNDT-EISTERT	HALLER-BAUER	ROSENMUND (Procédé)
BAEYER-VILLIGER (oxydation)	HANTZSCH (synthèse pyridinique)	RUZICKA
BARBIER-WIELAND	HANTZSCH (synthèse du pyrrole)	SABATIER
BECKMANN (transposition ou réarrangement)	HECK	SABATIER ET MAILHE
BIRCH (réduction de)	HELL-VOLHARD-ZELINSKY	SABATIER ET SENDERENS
BLAISE	HINSBERG (test)	SANDMEYER
BOUVEAULT ET BLANC (réaction de)	HOFMANN	SAPONIFICATION
BUCHERER (réaction de)	HOFMANN (élimination)	SCHIEMANN
CANNIZZARO	HUNSDIECKER	SENDERENS
CARROLL (réarrangement de)	KILIANI-FISCHER (allongement d'un ose)	SHARPLESS (réaction de)
CETOLISATION	KNOEVENAGEL	SKRAUP (synthèse de)
CHICHIBABIN (SN sur cycle pyridinique)	KNORR (synthèse)	SOMMELET (réaction de)
CHUGAEV (Elimination de)	KOLBE	SÖRENSEN
CLAISEN (condensation)	LEUCKART	STEGLICH (estérification de)
CLAISEN (réarrangement)	MADELUNG (réaction de)	STEPHEN
CLEMMENSEN	MAILLARD	STRECKER
COPE (réarrangement de )	MALONIQUE (synthèse)	SUZUKI
CORNFORTH (réarrangement de)	MANNICH	TRANSPOSITION PINACOLIQUE
CROTONISATION	MEERWEIN	ULLMANN
DARZENS (condensation)	MEERWEIN-PONNDORF-VERLEY	VAN SLYKE
DELEPINE (méthode de)	MERRIFIELD (procédé)	WAGNER-MEERWEIN (réarrangement de)
DIAZOMETHANE (synthèses avec le)	METATHESE	WIDMAN-STOERMER (réaction de)
DIAZOTATION	MICHAEL (addition)	WILGERODT (réaction de)
DIECKMANN (condensation)	REACTION DE NEF	WILLIAMSON
DIELS-ALDER	OPPENAUER (méthode d')	WITTIG
DOEBNER-KNOEVENAGEL	OZONOLYSE	WOHL-ZIEGLER
DOEBNER-MILLER	PAAL-KNORR (synthèse)	WOLFF-KISHNER (réduction)
ESTERIFICATION	PAULY réaction de)	WURTZ
FEIST-BENARY	PECHMANN (condensation)	ZEREWITINOFF
FENTON	PERKIN (réaction)
FISCHER-TROPSCH	RADZISZEWSKI
FITTIG	REARRANGEMENT BENZYLIQUE
FRIEDEL ET CRAFTS	REFORMATSKY

BARBIER-WIELAND
Il s'agit d'une méthode pour passer d'un acide carboxylique à son homologue inférieur. 
Les étapes sont les suivantes:

Cette méthode met à profit la facilité avec laquelle un alcool tertiaire se déshydrate ; elle utilise aussi la dégradation d'un alcène par oxydation.

BIRCH
On peut réduire le benzène par le sodium dans l'ammoniac liquide en présence d'éthanol. On obtient un cycle ayant deux doubles liaisons non conjuguées:

BLAISE

Réaction dérivée de la réaction de Reformatsky. Il s'agit de la formation d'un β-cétoester à partir d'un α-bromoester traité par le zinc.

BUCHERER (Hans Theodor Bucherer 1869-1949 savant allemand)

Sous l'action d'un sulfite les naphtols peuvent réversiblement se transformer en naphtylamines :

ELIMINATION DE CHUGAEV

Il s’agit de la préparation d’un alcène à partir d’un alcool. L’alcool, après avoir été transformé en méthylxanthate, en milieu basique, par action sur du disulfure de carbone puis de l’iodure de méthyle, est pyrolysé à 200°C.

L.A. Tschugaeff (simplifié en Chugaev) est un chimiste Russe né en 1873 et mort en 1922.

DARZENS

(Réaction ou condensation de)

Réaction qui date de 1904 ; c'est la condensation d'un composé carbonylé avec un α-halogénoester en présence d'une base forte pour donner un ester α,β-époxydé (oxirane) suivant l'équation générale suivante :

Exemple :

Le mécanisme de cette réaction :

Remarque :

Cette réaction est un peu plus générale et permet aussi d'aboutir à des composés azotés (dérivés de l'azacyclopropane) comme le montre l'exemple suivant :

On peut donc d'une façon plus générale définir la réaction de Darzens comme une réaction permettant de synthétiser des hétérocycles triatomiques.

DELEPINE
C'est une méthode qui conduit aux amines primaires par action des halogénures sur l'hexaméthylènetétramine

(CH₂)₆N₄.
Remarque: l'hexaméthylènetétramine résulte de l'action de l'ammoniac sur le formol (méthanal):

la méthanimine (formimine) formée, instable, conduit ensuite à l'hexaméthylènetétramine:

On peut donner le schéma réactionnel suivant pour résumer de façon simplifiée la méthode de Delépine:

Remarque 2 : 
Cette méthode est à rapprocher de la réaction de Sommelet de préparation d'un aldéhyde par action d'un halogénure sur l'hexaméthylènetétramine ; les conditions opératoires sont légèrement différentes, la méthode de Delépine se fait en milieu alcoolique acide tandis que la réaction de Sommelet a lieu en milieu aqueux en présence d'un excès d' hexaméthylènetétramine.

DIAZOTATION(cas des amines aromatiques primaires)
C'est la réaction la plus importante de l'aniline et des amines aromatiques primaires; il s'agit de l'action de l'acide nitreux HNO₂. 

Le composé obtenu est un sel de diazonium.
Le mécanisme est le suivant:

En partant du nitrite de sodium

Remarque 1: L'acide nitreux est instable à température ordinaire, il se décompose par une réaction de dismutation: 

(HNO₂/NO E⁰ =1,00V )  et (NO₃^-/HNO₂  E⁰ =0,94V ) 
Il faut donc le préparer au moment de son utilisation (in situ) par action de l'acide chlorhydrique sur le nitrite de sodium: 

et le conserver à 0°C pendant le temps de la réaction (cela diminue la vitesse de décomposition par dismutation). 
Remarque 2: Le sel de diazonium doit aussi être utilisé rapidement après son obtention et conservé à 0°C pendant le temps de la réaction. Sa décomposition conduit au phénol: 

DIAZOMETHANE

Le diazométhane composé très réactif permet de nombreuses synthèses parmi lesquelles :

- La réaction de Arndt-Eistert qui permet de passer d’un acide carboxylique à son homologue supérieur –COOH → -CH₂-COOH mais aussi de passer d’un acide carboxylique à un ester de son homologue supérieur ou à un amide de son homologue supérieur .

- Mais il permet aussi de passer d’un aldéhyde à une cétone,

et d’une cétone à une cétone homologue :

Remarque 1 :

On peut utiliser cette réaction pour agrandir le cycle d’une cétone cyclique :

Remarque 2 : Le diazométhane se prépare à partir de nitroso-amides. Ceux-ci en milieu alcalin s’isomérisent en diazo-esters puis se scindent :

- L'action du chlorure d'éthanoyle sur le diazométhane conduit à un carbène substitué plus stable que le carbène :

- Le carbène, lui peut dériver du diazométhane par photolyse :

ESTERIFICATION
Un alcool réagit avec un acide carboxylique pour donner un ester, selon la réaction :

Cette réaction est catalysée par les acides forts (H₂SO₄). La réaction est réversible et la réaction inverse (2) est l'hydrolyse.
Mécanisme de l'estérification (par un alcool primaire) par catalyse acide: 
Il s'agit d'une addition nucléophile de l'alcool sur le carbone du groupement carboxyle de l'acide, après que l'oxygène doublement lié au carbone de ce groupement carboxyle ait été protoné.



Le marquage isotopique (utilisation de ¹⁸O au lieu de ¹⁶O pour l'alcool) a permis de montrer que l'oxygène de l'alcool se retrouvait (avec un alcool primaire) dans l'ester et non dans l'eau d'où les coupures des liaisons suivantes: 

FEIST-BENARY

C'est une synthèse du furanne par réaction d'un β-céto ester avec une α-chlorocétone ou un α-chloro-aldéhyde en présence de pyridine (elle se rapproche de la synthèse de Hantzsch du pyrrole).

FENTON

La réaction de Fenton* consiste en la production de radicaux hydroxyles, à partir de fer au degré d’oxydation II et d’eau oxygénée, selon l’équation

Pour optimiser la réaction de Fenton, plusieurs équipes de recherche ont proposé de rajouter un réducteur au système. Récemment, une équipe chinoise a rapporté l’étude d’un système utilisant l’acide ascorbique comme réducteur pour activer le procédé.

Les auteurs présentent des nanofils constitués de particules de fer recouvertes d’une couche d’oxyde Fe₂O₃ notés Fe@Fe₂O₃. Lorsque ces fils sont mis en présence d’acide ascorbique et d’eau oxygénée, ils obtiennent un milieu capable de dégrader des composés organiques résistants.

La réaction de Fenton est couramment utilisée pour dégrader des composés organiques toxiques à travers des réactions d’oxydation poussées. Cette réaction est largement employée dans les procédés de traitement des eaux polluées par des composés organiques. Ce type de dispositif est cependant contraint par un pH d’utilisation très restreint (solution très acide) ou encore par la production de boues ferriques.

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* Henry John Horstman Fenton (Février 1854 – Janvier 1929) est un chimiste britannique inventeur en 1890 de la réaction qui porte son nom et qui permet grâce à une solution d'eau oxygénée et d'un catalyseur à base de fer d'oxyder les polluants organiques des eaux usées.

FISCHER-TROPSCH
C'est une réaction permettant de fabriquer un combustible ou une huile à partir du gaz à l'eau (mélange de CO et de H₂ ) obtenu à partir du charbon:

C'est ainsi que l'Allemagne fabriqua son carburant pendant la seconde guerre mondiale.

FITTIG
Il s'agit de la réaction entre deux dérivés halogénés (l'un aromatique, l'autre aliphatique ou tous les deux aromatiques) en présence de zinc ou de sodium en vue de réunir un cycle et une chaîne ou deux cycles. Elle est analogue à la réaction de Würtz.

LEUCKART
La préparation des amines primaires est réalisable à partir des aldéhydes ou des cétones. On chauffe le composé carbonylé avec du formiate d'ammonium:

MAILLARD (réaction de)
C'est une réaction entre la fonction carbonyle () d'un ose et la fonction amine (-NH₂) d'une protéine, à chaud et en milieu anhydre.
Il se forme une imine, qui se réarrange (réarrangement d'Amadori) et conduit à une cétone qui peut alors réagir elle aussi avec une autre fonction amine. Il peut ainsi se produire une polymérisation qui aboutit à des produits bruns.
C'est ainsi que l'on obtient le brunissement de la bière, boisson préparée à partir de grains d'orge en germination (malt) dont on transforme l'amidon en maltose (sucre fermentescible) par action de l'eau chaude ; ce maltose réagit en partie avec des protéines solubles par réaction de Maillard puis réarrangement  d'Amadori et donne les produits bruns de la bière.
C'est ainsi aussi que l'on explique la couleur brune du sucre que l'on obtient à partir de la canne à sucre, ou de la betterave sucrière.

Réarrangement d'Amadori:

La réaction de Maillard rend inassimilable la lysine (acide aminé essentiel) qui a subi cette transformation dans certains produits conservés ; on se doute alors de l'importance de cette réaction dans l'industrie alimentaire.
Les produits qui se forment lors de la réaction de Maillard (MRP pour Maillard Reaction Products) dans les aliments à forte teneur en sucre et en présence d'acides aminés sont très nombreux et n'ont pas tous été identifiés. Pris dans leur ensemble les MRP sont néphrotoxiques à fortes doses. Certains d'entre eux présentent des effets mutagènes et d'autres à l'inverse ont un effet protecteur de la mutagénèse.
Parmi les composés identifiés on trouve les furannoses : hydroxyméthylfurfural, furanosine, furfuraldéhyde.
Les données toxicologiques ne permettaient pas en 2002 l'établissement d'une DJT (dose journalière tolérable) pour les MRP.

MEERWEIN (réaction de)

Il s'agit de l'action d'un sel d'aryldiazonium sur les alcènes :

Mécanisme :

Cette réaction est en compétition avec la réaction de Sandmeyer ; cette dernière est favorisée s'il y a un excès de Cu(II).

MEERWEIN-PONNDORF-VERLEY
Passage d'un aldéhyde a-éthylénique à un alcool a-éthylénique par réduction par les alcoolates.
Exemple: passage du but-2-ènal au but-2-ènol grâce à l'isopropylate d'aluminium:


Le mécanisme:

MERRIFIELD (Procédé de préparation de peptides)

Principe de préparation d'un dipeptide :

On utilise un polymère sur lequel on greffe un groupement susceptible de réagir avec l'extrémité carbonyle d'un amino-acide.

On peut ainsi ancrer cet amino-acide sur une matrice solide.

A partir du groupe amino libre de l'amino-acide ainsi fixé, on peut on peut fixer un deuxième acide aminé par son extrémité carbonyle et obtenir un dipeptide que l'on peut décrocher de la matrice.

Ainsi, par exemple à partir du polystyrène :

-1- On greffe le groupe –CH₂-Cl (chlorométhylation) par substitution électrophile sur quelques noyaux benzéniques du polymère, groupe susceptible de réagir avec le groupe carbonyle d'un amino-acide.

-2- On fait réagir un amino-acide dont on a protégé la fonction amine

sur la matrice ainsi transformée.

-3- On enlève la protection du groupe amino

-4- On fait réagir un nouvel acide aminé dont on a protégé la fonction amine sur la fonction amine libérée.

-5- On enlève la protection du groupe amino

-6- On détache le dipeptide ainsi formé de la matrice.

Avantages et extension du procédé :

Le fait que les intermédiaires formés à chaque étape sont solidement fixés à la matrice solide, permet d'enlever facilement les réactifs excédentaires et les produits formés du milieu réactionnel avant l'étape suivante.

On peut continuer à greffer des amino-acides et créer des peptides plus longs.

Merrifield a conçu un appareil automatisé permettant de répéter les séquences ci-dessus décrites et capable ainsi de préparer un polypeptide en un temps considérablement réduit.

C'est ainsi qu'il réalisa la première synthèse totale des deux chaînes de l'insuline :

METATHESE (du grec metaqesiz )
Il s'agit d'une transposition (changement de place d'atomes au sein de molécules) selon un schéma du type:

Depuis 1931 on connaissait une réaction de ce type à partir du propène, mais il fallait chauffer à 700°C et on obtenait un très faible rendement:

Elle a été améliorée dans les années 60 par l'utilisation de catalyseurs du type à base de métaux (M = métal (Mo,W,Re,Ru)).
Y.Chauvin propose en 1971 le mécanisme suivant:

En 1980 R.Schrock a montré que ce mécanisme avec passage au métallocarré était valide (réel) et a mis au point une famille de catalyseurs à doubles liaisons M=C très actifs.
A partir de 1992 R.H.Grubbs synthétise des catalyseurs à base de ruthénium plus stables à l'air.

REACTION DE NEF

Faite et décrite par le chimiste John Nef en 1894 ; il a traité par l'acide sulfurique le sel de sodium du nitroéthane et a obtenu de l'éthanal avec un rendement de 70% ; il se forme dans cette réaction de l'oxyde nitreux.

OPPENAUER
C'est une méthode inverse de celle de Meerwein-Pondorf-Verley pour obtenir un aldéhyde a-éthylénique à partir d'un alcool a-éthylénique.
Le catalyseur est le tertiobutylate d'Aluminium ; une cétone ou une quinone est utilisée comme accepteur d'hydrogène (excès de propanone ou cyclohexanone ou p-benzoquinone):

PECHMANN
La condensation de Pechmann permet la synthèse des coumarines par réaction des phénols avec les b-cétoesters.
Une transestérification, puis une tautomérie céto-énolique sont catalysées par un acide fort de Brönstedt (acide paratoluènesulfonique(APTS), par exemple) ou un acide de Lewis (AlCl₃). Suivent, une addition de Michael qui conduit au squelette de la coumarine, une réaromatisation et une élimination d'eau en milieu acide.
Bilan:

Les différentes étapes:



Un autre exemple:

REARRANGEMENT BENZYLIQUE
Par chauffage en milieu basique une a-dicétone donne un réarrangement dit "benzylique" 

SABATIER ET SENDERENS
Réduction en phase gazeuse des alcènes ou des alcynes à l'état d'alcanes avec le nickel comme catalyseur.
On opére vers 150-240°C en présence de nickel obtenu par réduction à chaud de son oxyde.

SAPONIFICATION
Il s'agit de la  réaction d'un ester avec une base alcaline (soude ou potasse): 

Elle fournit le sel de sodium (ou de potassium) de l'acide qui a donné l'ester (dans le cas d'un corps gras il s'agira du sel de sodium ou de potassium d'un acide gras, que l'on appelle un savon) et un alcool (dans le cas d'un corps gras il s'agira du glycérol). 
C'est une réaction complète. Elle sert à préparer les savons (d'où son nom). 
Remarque :On appelle indice de saponification, la masse (en mg) de KOH nécessaire pour saponifier 1g du corps gras.
Mécanisme:

K.B. SHARPLESS

C'est une réaction d'époxydation énantiosélective qui permet de préparer des 2,3-époxyalcools à partir d'alcools allyliques.

3A M_{s :} Tamis moléculaire 3Å

DET : Tartrate de diéthyle

SOMMELET
C'est l'oxydation d'un groupement -CH₂-Cl  en -CHO par l'hexaméthylènetétramine

.

Cette réaction a lieu en milieu aqueux et en présence d'un excès d'hexaméthylènetétramine. Elle est à rapprocher de la méthode de Delépine de préparation d'une amine primaire par action d'un halogénure sur l'hexaméthylènetétramine en milieu alcoolique acide.

STEPHEN
Méthode permettant de réduire un nitrile en s'arrêtant au stade de l'imine.
On opère avec du chlorure d'hydrogène sec, en milieu éther anhydre, le chlorure d'étain(II) étant le réducteur. On obtient le sel d'imine. Cette méthode permet ensuite par hydrolyse du sel d'imine d'obtenir l'aldéhyde correspondant.

ULLMANN

Il s'agit d'un couplage entre deux halogénures d'aryle en présence de cuivre.

Exemple :

On peut à la place de l'iode, utiliser le brome.

WAGNER-MEERWEIN
Lorsque le carbone 2 d'un alcool ne porte pas d'hydrogène, une déshydratation peut quand même avoir lieu, mais avec un réarrangement dit de Wagner-Meerwein:

WIDMAN-STOERMER
Il s'agit d'une cyclisation .Le point de départ est un sel de diazonium   d'une amine aromatique, le produit d'arrivée est un dérivé du 1,2-diazanaphtalène ou cinnoline.

WITTIG
La préparation d'un alcène à partir d'un composé carbonylé par action d'un alkylidènetriphénylphosphorane (nommé aussi ylure de phosphore) est appelée réaction de Wittig.

Exemple:

Mécanisme:


Remarques:
     - Les ylures de phosphore sont des substances très réactives, souvent fortement colorées et qui réagissent avec tous les composés contenant des atomes d'oxygène (dioxygène, eau, acides, alcools et composés carbonylés). Ils sont préparés in situ par réaction des phosphines (souvent triphénylphosphine) sur un halogénoalcane (formation d'un halogénure de phosphonium) suivie de l'action d'une base forte (Ethanolate de sodium):

     - La double liaison phosphore-oxygène de l'oxyde de triphénylphosphine formé, est très forte.
     - La réaction de Wittig est parfois stéréosélective ; des mélanges d'alcènes Z et E se forment cependant.
     - La société BASF a utilisé cette réaction dans une étape cruciale de la synthèse de la vitamine A1 :