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LES SYNTHESES 6

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Plan de l'étude : Plan général des synthèses

Acides boroniques	Acide carbamique (dérivés)
Acides diazotiques	Carbènes
α-Cyanoacides	Cyanhydrines
Cycloalcanes	Cycloalcènes
Diazoalcanes	Diazoamines
Diazocyanures	Diazonium (sels de)
1,2-Dicarbonylés (composés)	1,3-Dicarbonylés (composés)
Esters carboxyliques	Halogénure de cycloalkyle

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ACIDES BORONIQUES

A partir des organoboranes

Solvolyse des alkyldiboranes

• Oxydation puis hydrolyse des organoboranes :

• Solvolyse des alkyldiboranes :

L'acide borique est le trihydroxyborane, et l'acide méthylboronique est le dihydroxyméthylborane.

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DERIVES DE L'ACIDE CARBAMIQUE

Rappelons la formule de l'acide carbamique :

• Addition des alcools aux isocyanates :

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CARBENES

A partir du chloroforme	Irradiation du diazométhane
Iodure de méthylène + Zinc

Le carbène est une entité de formule :CH₂ électriquement neutre, dans laquelle l'atome de carbone n'a que deux liaisons covalentes

Cette molécule (carbène "ordinaire") est la plus simple d'une série de composés : les carbènes

Exemple :

ou :CCl₂ dichlorocarbène

On peut aussi avoir la forme

cyclopropylméthylidène

• A partir du chloroforme en milieu basique :

Exemple 1 :

En présence d'une base forte HO^- le chloroforme engendre l'entité CCl₃^- puis :CCl₂ .

Le dichlorocarbène très réactif réagit ensuite sur les molécules d'eau du milieu et deux réactions sont possibles :

Exemple 2 :

• Irradiation du diazométhane :

La photolyse du diazométhane H₂CN₂ provoque la formation du carbène et d'azote N₂.

Cette espèce, est très instable et n'existe que comme intermédiaire réactionnel ; on a par exemple ensuite :

• Iodure de méthylène plus zinc :

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ESTERS CARBOXYLIQUES

Acide carboxylique + Alcool	Acide + diazométhane
Alcools + cétènes	Alcool + chlorure d'acyle
Alcool + Nitrile	Anhydrides + alcools
Anhydrides + Phénols	Anhydride + quinones
A partir d'esters α-β insaturés	Ester sulfonate+carboxylate
HX + ion carboxylate	A partir des N-nitrosoamides
Transestérification

• Action des acides carboxyliques sur des alcools :

Mécanisme :

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'ou les coupures des liaisons suivantes:

Exemple 1 :

Exemple 2 :

• Addition d'alcools sur des cétènes :

• Addition d'anhydride éthanoïque sur des quinones :

• Addition d'organo-magnésiens sur des esters α-β insaturés :

• Action des alcools sur des chlorures d'acyle :

Exemple1 :

Exemple 2 :

• Réaction des alcools avec les esters : Transestérification

Mécanisme par catalyse acide :

Exemple 1 :

Exemple 2 : synthèse du poly(téréphtalate d'éthylène glycol).

• Addition des alcools aux nitriles :

Exemple : Synthèse du diéthylmalonate à partir du propanedinitrile :

• Décomposition des N-nitrosoamides :

Mécanisme :

• Déplacement des halogénures d'alkyle par des ions carboxylates :

Exemple 1 :

Exemple 2 :

Chlorure de 4-éthylbenzyle Ethanoate de 4-éthylbenzyle

• Déplacement des esters sulfonates par des ions carboxylates :

• Méthylation des acides par le diazométhane :

C'est une méthode utilisée dans certains cas particuliers : acides carboxyliques rares ou très peu stables.

Acide 1-cyclopropyléthanoïque 1-cyclopropyléthanoate de méthyle

• Anhydride d'acides réagissant sur des phénols :

Exemple 1

Exemple 2

• Anhydrides d'acides réagissant sur les alcools :

Exemple 1 :

Exemple 2 :

Exemple 3 :

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α-Cyanoacides

• Action des ions cyanures sur un acide α-halogéné :

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Cyanhydrines

• Addition du cyanure d'hydrogène sur un aldéhyde ou une cétone :

Ø Avec une cétone :

Mécanisme :

Remarque :

Avec une cétone portant une double liaison conjuguée au C=O on obtient une β-cyano-cétone

Ø Avec un aldéhyde :

Exemple 1

Exemple 2

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CYCLOALCANES

Carbènes + alcènes	Alcène + alcène
Arènes + H2	Cycloalcènes + H2

• Cycloaddition en 1,1 des carbènes aux alcènes :

Exemple 1

Exemple 2

• Addition photochimique des alcènes :

Exemple 1

Remarque : en utilisant du benzile au lieu d'acétophénone comme photosensibilisateur, on obtient :

50% de

et 45% de

Exemple 2 :

• Réduction des arènes par hydrogénation catalytique :

Exemple 1

Exemple 2

Exemple 3

Exemple 4

• Réduction des cycloalcènes par hydrogénation catalytique :

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CYCLOALCENES

Cycloadditions photochimiques des alcènes	1,1-Cycloaddition des carbènes aux arènes
1,2-cycloaddition des allènes	Réaction de Diels-Alder

• Cycloadditions photochimiques des alcènes :

Exemple 1

Exemple 2

• 1,1-Cycloaddition des carbènes aux arènes :

Remarque :

• 1,2-cycloaddition des allènes :

• Réaction de Diels-Alder :

Une des réactions les plus utiles en synthèse organique est l'addition 1-4 d'un alcène sur un diène conjugué; elle est appelée réaction de Diels-Alder.
Exemple:

L'exemple ci-dessus est intéressant par sa simplicité (il est pédagogique), mais le rendement de cette réaction est très faible (environ 20%). Il faut dans une telle synthèse utiliser un diène riche en électrons (par exemple substitué par des groupes électrodonneurs) et un diénophile pauvre en électrons (par exemple un alcène substitué par des groupes électroattracteurs: voir tableau ci-dessous).

Des diènophiles très utilisés dans les réactions de Diels-Alder

Tétracyanoéthylène		Acrylonitrile
Crotonaldéhyde		Acroléine
Acide cinnamique		Acrylate d'éthyle
Anhydride maléique		N-phénylmaléimide
Maléate de diméthyle		Fumarate de diméthyle

Des diènes souvent utilisés dans les réactions de Diels-Alder

Buta-1,3-diène		2,3-diméthylbuta-1,3-diène
Cyclopenta-1,3-diène		Cyclohexa-1,3-diène

Exemple :
Le diénophile utilisé dans cette réaction est l'acrylate d'éthyle. Le temps de réaction nécessaire à un bon rendement (>90%) est élevé (> 12h).
En terme de mécanisme, la réaction de Diels Alder s'effectue en une seule étape, c'est une réaction concertée.

La réaction de Diels Alder est stéréospécifique:

L' addition du maléate de diméthyle qui a des groupes esters cis (ou Z), sur le 1,3-butadiène, on obtient un cyclohexène cis (ou Z) substitué. Il y a rétention de la configuration du diénophile. La stéréochimie du diènophile est conservée et avec un autre diène on montrerait que celle du diène l'est aussi.
Une cycloaddition (réaction de Diels-Alder avec un diène cyclique par exemple) conduit au dérivé endo seulement.

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HALOGENURES DE CYCLOALKYLES

Halogénocarbène + cycloalcène	Halogène + cycloalcène
HX + cycloalcènes	Cycloaddition des haloéthènes

· Addition d'halogénocarbènes aux cycloalcènes :

• Addition des halogènes aux cycloalcènes :

• Addition des halogénures d'hydrogène aux cycloalcènes :

• 1,2-Cycloaddition des haloéthènes :

Exemple 1 :

Exemple 2 :

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DIAZOALCANES

• A partir des N- nitrosoalkylamides en milieu alcalin :

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COMPOSES DIAZOAMINES

• Couplage des sels d'aryldiazonium avec des amines (I)ou (II)

Exemple :

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DIAZOCYANURES

• Action des ions cyanures sur les sels d'aryldiazonium :

Cyanure de benzène diazonium

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SELS DE DIAZONIUM

• Amines (I) et acide nitreux :

Exemple 1 :

Exemple 2 :

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ACIDES ET ESTERS DIAZOTIQUES

• Sels d'aryldiazonium et ion hydroxyde :

Remarque :

Les sels de ces acides sont stables en milieu basique. Les sels de l'acide trans-p-nitrobenzènediazotique sont vendus dans le commerce et conduisent aux sels de p-nitrobenzènediazonium en milieu acide.

• Sels d'aryldiazonium et ions carboxylates :

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COMPOSES 1,2-DICARBONYLES

Condensation de Claisen	Oxydation des benzoïnes
Oxydation des phénols	Ozonisation des arènes

• Condensation de Claisen :

- Condensation de l'oxalate d'éthyle avec des cétones :

- Condensation de l'oxalate d'éthyle avec les esters :

• Oxydation des benzoïnes par l'acide nitrique :

• Oxydation des phénols :

• Ozonisation des arènes :

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COMPOSES 1,3-DICARBONYLES

C-acylation des anions énolates	Condensation de Claisen
Condensation de Dieckmann	A partir des dicétènes
Dimérisation des cétènes	Enamines+ halogénures d'acyle
Enamines + α-halogénoesters

• C-alkylation et C-acylation des anions énolates :

• Condensation de Claisen :

v Les esters dont l'atome de carbone en a du groupement fonctionnel porte un ou des atomes d'hydrogène, peuvent subir une réaction d'autocondensation qui conduit à un b céto-ester :

Exemple:

v

La réaction a lieu en milieu basique fort: éthanolate de sodium

v Mécanisme:

On peut aussi faire réagir une cétone et un ester en milieu fortement basique (C₂H₅O^-) et on aboutit par le même mécanisme à une b-dicétone.

· Condensation de Dieckmann

C'est une condensation comparable à celle de Claisen qui intervient avec les diesters, condensation intramoléculaire qui a lieu si le cycle formé est sans "contrainte" c'est-à-dire si c'est un cycle à 5 ou 6 sommets (de type cyclopentane ou cyclohexane). Avec l'heptanedioate de diéthyle par exemple on obtient le 2-oxocyclohexanecarboxylate d'éthyle.

• Dicétènes et réactifs nucléophiles :

Exemple 1 :

Exemple 2 :

• Dimérisation des cétènes :

• Déplacement des halogénures d'acyle par les ènamines :

• Déplacement des α-halogénoesters par les ènamines :

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Suite

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