LA SUBSTITUTION NUCLÉOPHILE BIMOLÉCULAIRE CHAPITRE 6 Vollhardt – Chapitre 6

6.1 NOMENCLATURE DES HALOGÉNOALCANES Selon IUPAC => L’halogène est considéré comme un substituant Exemples:

6.1 NOMENCLATURE DES HALOGÉNOALCANES CCl2F2 (CFC-12) Dichlorodifluorométhane (réfrigérant) CH3CH2Cl (chlorure d’éthyle) Chloroéthane (anesthésique local) NB Les halogénures d’alkyle sont généralement cancérigènes.

6.1 NOMENCLATURE DES HALOGÉNOALCANES Règles : i) fluoro-, chloro-, bromo-, iodo- ii) di, tri, tétra, … iii) les plus petits indices iv) si chaînes halogénées de longueurs , choisir la + longue v) si 2 chaînes de même longueur, choisir l’halogénée

6.2 PROPRIÉTÉS PHYSIQUES La force de la liaison C-X diminue parallèlement à l’augmentation du gabarit de X (voir tableau 6.1) La liaison C-X est polarisée Points d’ébullition plus élevés que les alcanes correspondants (voir tableau 6.2)

6.3 LA SUBSTITUTION NUCLÉOPHILE Lors d’une réaction chimique ionique, les é passent d’une site riche en é à un site pauvre en é. Nucléophile  riche en é Électrophile  pauvre en é.

LE CARACTÈRE POLAIRE DE LA LIAISON C-X

SN2: Exemples -

SN2: Exemples (suite) -

6.4 EMPLOI DE FLÈCHES INDIQUANT LE MOUVEMENT DES ÉLECTRONS reconnaissez l’atome nucléophile et l’atome électrophile indiquez les charges assurez-vous que la charge globale est conservée

6.5 ÉTUDES CINÉTIQUES Cinétique de 2e ordre v = k [Hal][Nu]mol l-1 s-1 Ce qui va jouer sur la vitesse : nucléophilicité squelette carboné nucléofugacité Un état de transition n’est pas un intermédiaire ; on ne peut pas isoler un état de transition.

6.6 ATTAQUE FRONTALE OU DORSALE?

ATTAQUE FRONTALE OU DORSALE? (suite) Beaucoup de collisions ne mèneront pas aux produits Attention, la figure du centre représente des liaisons se formant et se brisant ; le C ne peut pas avoir 5 liens !

ATTAQUE FRONTALE OU DORSALE? (suite) A1.MOV

ATTAQUE FRONTALE OU DORSALE? (suite) A4EP.MOV

6.7 CONSÉQUENCES DE L’INVERSION LORS DES RÉACTIONS SN2

INVERSION DE CONFIGURATION

INVERSION DE CONFIGURATION [a]D27 = +13,5° [a]D27 = -13,5° Nomenclature des esters

6.8 APTITUDE NUCLÉOFUGE DU GROUPE SORTANT ET RÉACTIVITÉ SN2 L’aptitude nucléofuge du groupe sortant est inversement proportionnelle à la force de celui-ci en tant que base. Les bases faibles peuvent mieux s’accommoder d’une charge négative. RÈGLE: Les bons groupe sortants sont des bases conjuguées d’acides forts. (Pour les halogénures, on peut ajouter la force de la liaison C-X)

Force de la liaison C-X (kJ/mol) GROUPE SORTANT Halogénure (X) Force de la liaison C-X (kJ/mol) pKa (HX) F 118 +3 Cl 81 -7 Br 67 -9 I 54 -10

HX VS ACIDITÉ / X- VS BASICITÉ / X- VS GROUPE SORTANT

HALOGÉNURE D’ALKYLES VS SN2

BONS GROUPES SORTANTS (ou Ac) HO-, mauvais nucléofuge Nu- arrachera un H+ plutôt qu’attaquer

BONS GROUPES SORTANTS Bien que les éthers soient de mauvais électrophiles, les époxydes sont de bons électrophiles

BONS GROUPES SORTANTS L’oxyde d’éthylène est très utilisé dans l’industrie Ex. : ~ 3,9 millions de tonnes aux USA en 2000 ~ 2,7 millions de tonnes aux USA en 2000

BONS GROUPES SORTANTS Colle « époxy »

BONS GROUPES SORTANTS Colle « époxy » Colle époxy

6.9 INFLUENCE DE LA NUCLÉOPHILIE SUR LA VITESSE DE LA SUBSTITUTION NUCLÉOPHILE

LA NUCLÉOPHILIE VS SUBSTITUTION NUCLÉOPHILE (suite)

LA NUCLÉOPHILIE EN DESCENDANT UNE COLONNE DU TABLEAU PÉRIODIQUE Cl- Br- I- Basicité croissante Pourtant, MeOH MeOH MeOH

LA NUCLÉOPHILIE VS SUBSTITUTION NUCLÉOPHILE (suite) La nucléophilie est entravée par la solvatation. les petits ions sont mieux solvatés

LA NUCLÉOPHILIE VS SUBSTITUTION NUCLÉOPHILE (suite) Les solvants aprotiques ne peuvent pas réaliser des liaisons hydrogène avec les nucléophiles (tableau 6-6). Ils accélèrent les réactions SN2 parce que les nucléophiles sont à nus, les électrons sont plus disponibles. L’acétone, le DMF, le DMSO sont des exemples de solvants aprotiques polaires.

6.10 INFLUENCE DU GROUPE ALKYLE SUR LA RÉACTION SN2

INFLUENCE DU GROUPE ALKYLE (suite)

INFLUENCE DU GROUPE ALKYLE (suite)

INFLUENCE DU GROUPE ALKYLE (suite)

SN2 = SUBSTITUTION NUCLÉOPHILE BIMOLÉCULAIRE Cinétique de 2e ordre v = k [Hal][Nu]mol l-1 s-1 Réaction concertée = 1 étape Existence d’un état de transition “pentavalent” Attaque dorsale du Nu avec inversion de configuration Stéréospécifique

SN2 = SUBSTITUTION NUCLÉOPHILE BIMOLÉCULAIRE (suite) Halogénoalcanes: p > s >>> t (non-réactif) La substitution en a ou en b ralentie la réaction Solvants aprotiques polaires (DMF, DMSO, HMPA) Nomenclature des nitriles

NUCLÉOPHILICITÉ SH-  CN- > I- > OH- > N3- > Br- > PhO- > AcO-  Cl- > F- > NO3- > H2O La nucléophilie augmente: 1. Avec la charge négative 2. Plus l’élément est situé à gauche (basicité) et en bas du tableau périodique (polarisabilité) 3. Dans les solvants aprotiques polaires (pas de ponts H => é + disponibles)

Importance de la SN2 Alkylation de la morphine en codéine Pavot (Papaver somniferum) Codéine (analgésique « doux ») (1-2 %) Morphine (analgésique « puissant») (12-20 %) Extraction de la codéine Pas commercialement viable

Importance de la SN2 Alkylation de la morphine en codéine

Importance de la SN2 Aflatoxine (toxine fongique) et dommage à l’ADN Aspergillus flavus (fungus) (s’attaque aussi aux noix)

Importance de la SN2 Aflatoxine et dommage à l’ADN oxydation cytochrome p-450 attaque d’une guanine de l’ADN SN2 Source de H+ + Création d’un lien irréversible entre la toxine et l’ADN

Importance de la SN2 Aflatoxine et dommage à l’ADN ; protection ?!? glutation(e) SN2 Création d’un lien irréversible entre la toxine et le glutathion (excrété par les reins)

SOMMAIRE « flèches » de rx Diagramme d’E SN2 SN2 attaque dorsale = inversion Importance du nucléofuge Qu’est-ce qu’un bon nucléofuge ? Qu’est-ce qu’un bon nucléophile ? Importance de la solvatation Encombrement stérique

EXERCICES Vollhardt Chap. 6 5ième édition (p. 245) Nos 27, 28, 29, 32, 33, 34, 35, 36, 37, 39, 40, 41, 42, 43, 47, 48, 49, 50, 51, 52, 53. 4ième édition Nos 27, 28, 29, 32, 33, 34, 35, 36, 37, 39, 40, 41, 42, 43, 45, 46, 47, 48, 49, 50, 51. 3ième édition Nos 23, 24, 25, 28, 29, 30, 31, 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38, 39, 40, 41, 42, 43, 44, 45, 46.