UNIVERSITE BENYOUCEF BEN KHEDDA – ALGER DEPARTEMENT DE PHARMACIE LABORATOIRE DE CHIMIE THERAPEUTIQUE PREMIERE ANNEE RESIDANAT.

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1 UNIVERSITE BENYOUCEF BEN KHEDDA – ALGER DEPARTEMENT DE PHARMACIE LABORATOIRE DE CHIMIE THERAPEUTIQUE PREMIERE ANNEE RESIDANAT

2 Plan  INTRODUCTION  GÉNÉRALITÉS  PROPRIÉTÉS PHYSIQUES  PROPRIÉTÉS CHIMIQUES  RÉACTIVITÉ  ADDITION DES NUCLÉOPHILES  PRÉPARATION  IDENTIFICATION  USAGES  RÉFÉRENCES BIBLIOGRAPHIQUES

3 INTRODUCTION

4 introduction  Les aldehydes sont des composés très représentés à travers la nature, contribuant aux saveurs et aux arômes de beaucoup d'aliments et assistant aux fonctions biologiques de beaucoup d'enzymes.  En effet, le groupe carbonyle est fréquemment considéré comme le groupe fonctionnel le plus important en chimie organique. Pyridoxal (Vit. B6) Aldéhyde cinnamique

5 GÉNÉRALITÉS

6 Généralités Définition où R est un groupe alkyle ou phényle R CHO C n H 2n O

7 Généralités Nomenclature Noms consacrés par l’usage Pour des raisons historiques, les aldéhydes plus simples conservent souvent leurs noms communs. Ces noms sont dérivés du nom commun de l'acide carboxylique correspondant, avec la suppression du préfixe acide et la substitution du suffixe oïque ou ique par -aldéhyde, comme ci montré dans les exemples ci-après. Dans de nombreux cas, le suffixe -al a été attaché aux noms historiques pour indiquer la présence d'un groupe aldéhyde. Le rétinal, aldéhyde de la vitamine A, et le pyridoxal, aldéhyde de la vitamine B6 en sont des exemnles Pyridoxal (Vit.B6)Rétinal (Vit. A)

8 Généralités Nomenclature Selon l’I.U.P.A.C  l'UICPA, considère les aldéhydes comme des dérivés des alcanes, dont la terminaison -e étant remplacée par -al.  La fonction carbonyle est le groupe de rang le plus élevé que nous ayons rencontré jusqu'ici. La fonction aldéhyde a préséance sur celle des cétones.

9 Généralités Nomenclature Selon l’I.U.P.A.C 1.Série acyclique  Déterminer la chaine C la + longue en partant du  Nommer les substituants dans l’ordre alphabétique.  Si le groupe CHO est prioritaire dans un composé polyfonctionnel, il porte le numéro 1. 2.Série cyclique  Lorsque le groupe CHO est fixé sur un atome de carbone faisant partie d'un système non aromatique on ajoute la terminaison carbaldéhyde au nom du système cyclique.  Lorsque le groupe CHO est fixé sur un cycle benzénique, le composé est nommé comme dérivé du benzaldéhyde C= O

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11 2 3 4 5 6 Formyl hexane (R)(R) dial (1,6) * 1 4 5 6 Groupe formyl -3-

12 benzaldehyde 1 2 3 4 Methoxy Hydroxy 4-Hydroxy-3-Methoxy (vanilline)

13 Structure the electrostatic potential map of formaldehyde Orbital picture of the carbonyl group Molecular structure of acetaldehyde

14 PROPRIÉTÉS PHYSIQUES

15 Propriétés physiques 1- Etat physique  Dans les conditions normales, seul le méthanal est un gaz ; l’éthanal est facilement volatil. Les autres composés carbonylés sont liquides, puis solides à partir de cinq carbones environ  Ils ont des températures d’ébullition intermédiaires entre l’hydrocarbure et l’alcool correspondant 2- Solubilité  En raison de leur polarité, les composés plus petits sont complètement miscibles à l'eau tels que l'acétaldéhyde,cependant quand R la solubilité 3- Odeur  Le méthanal a une odeur piquante.  Tous les autres aldéhydes ont des odeurs agréables (l’éthanal: odeur de pomme, benzaldéhyde: odeur d’amande, aldéhyde cinnamique: odeur de cannelle)

16 4-Propriétés spectrales a- Spectroscopie RMN

17 b- Spectroscopie IR

18 1720 2715

19 c- Spectroscopie UV / VISIBLE 290 190

20 PROPRIÉTÉS CHIMIQUES

21  La structure électronique caractéristique du groupe carbonyle explique toutes les réactions spécifiques des aldéhydes  Quatre types de comportement chimique différencient ces réactions : addition nucléophile, protonation, acidité de l'atome d'hydrogène en α et oxydation des composés carbonylés. Propriétés chimiques Tautomérie des composés carbonylés

22  La déficience électronique significative de l'atome de carbone du carbonyle rend un atome d'hydrogène en alpha (ou α) relativement acide et donc facile à arracher avec une base de force moyenne  En outre, le carbanion résultant, appelé anion énolate, est stabilisé par délocalisation par résonance avec le groupe carbonyle.  Ce carbanion est un nucléophile que l'on peut utiliser dans les substitutions et les additions nucléophiles. Propriétés chimiques Acidité du carbone α

23 Propriétés chimiques Acidité du carbone α

24 Tautomérie des composés carbonylés Propriétés chimiques

25 RÉACTIVITÉ

26 Réactivité

27 Ordre de réactivité >> Formaldehyde

28 ADDITION DES NUCLÉOPHILES

29 MECANISME GENERALE DES ADDITIONS NUCLEOPHILES

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31 En général, il existe trois mécanismes possibles pour l'ajout du nucléophile et du proton pour donner un intermédiaire tétraédrique dans une réaction d'addition sur le groupe carbonyle

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33 Thiols Additon sur les composés carbonylés Addition des nucléophiles simples Hydratation et addition des amines et des alcools Addition des carbanions Hydrures Ions cyanures Réduction de Clemmensen) Réduction de Wolff-Kishner Alcools Amines Eau Réactif de Grignard Réaction de Wittig

34 Addition des nucléophiles simples 1) Hydrures Les aldéhydes forment des alcools primaires par réduction avec l'hydrure métalliques NaBH 4 ou LiAlH 4.  La première étape est l'addition nucléophile elle-même  la deuxième étape est la finalisation de la réaction par protonation, qui se fait habituellement dans l'eau ou l’alcool.

35 alkoxyborohydrides

36 2) Ions cyanures Addition des nucléophiles simples Hydroxyalcanenitrile (cyanhydrine) MECANISME SP 2 SP 3 *

37 2) Ions cyanures Addition des nucléophiles simples INTERETS  Permet l’obtention des α hydroxyacides par simple hydratation du groupe cyano  La synthèse d’une cyanhydrine permet d’ajouter un atome de carbone à une chaîne hydrogénocarbonée. Cette synthèse a été abondamment employée en série ose

38 2) Ions cyanures Addition des nucléophiles simples INTERETS

39 2) Ions cyanures Addition des nucléophiles simples INTERETS Synthèse de Kiliani-Fischer

40 3) Réduction de Clemmensen Addition des nucléophiles simples La réaction consiste à traiter le composé carbonylé par un amalgame de zinc en milieu acide, à chaud. Les électrons sont fournis par le métal. L'acide joue le rôle de réactif protogène. H H H H H H

41 4) Réduction de Wolff-Kishner Addition des nucléophiles simples  La réaction de Wolff-Kishner constitue une alternative intéressante à la réduction de Clemmensen pour les molécules instables en milieu acide H H

42 Addition de l’eau et des alcools 1) Mécanismes non catalysés A) Hydratation  C’est une réaction réversible ( ) >> Formaldehyde

43 H H H H Addition de l’eau et des alcools 1) Mécanismes non catalysés Mécanisme

44 Addition de l’eau et des alcools 1) Mécanismes non catalysés B) Addition d’alcool (Hémiacétalisation) Réaction générale

45 Mécanisme Addition de l’eau et des alcools 1) Mécanismes non catalysés

46 Cas particulier * C anomérique H2OH2O Addition de l’eau et des alcools 1) Mécanismes non catalysés

47 Dans les conditions d’équilibre en solution aqueuse,on observe environ,. moins de - 0,01% de forme ouverte D-glucose 40% d’α-D-glucose 60% de β-D-glucose Addition de l’eau et des alcools 1) Mécanismes non catalysés

48 Addition de l’eau et des alcools 1) Mécanismes en catalyse Ac et B A) En catalyse acide Hydratation

49 Mécanisme

50 Addition de l’eau et des alcools 1) Mécanismes en catalyse Ac et B A) En catalyse acide Addition d’alcool (Acétalisation)

51 Mécanisme 1 ère étape: formation d’hémiacétal L’acide catalyse l’addition de la 1 ère molécule d’alcool

52 En ½ acide il est très difficile de s’arrêter a cette étape là et d’isoler les hémiacetals car ils sont pas stables et qui vont continuer à réagir jusqu’à formation d’un acétal Remarque

53 2 ère étape: formation de l’acétal C’est une SN1 en catalyse acide d’une molécule d’eau par la deuxième molécule d’alcool Acétal

54  Chaque étape est réversible;  Toutes les séquences, en partant du composé carbonyle et jusqu’à arriver à l'acétal, est un processus d'équilibre.  En présence du catalyseur acide, l'équilibre peut être déplacé dans une direction ou une autre : 1- vers l'acétal en utilisant un excès d'alcool ou en éliminant l'eau; 2- ou vers la formation de l'aldéhyde du départ en ajoutant de l'eau en excès, un tel procédé appelé hydrolyse acétale.  Cependant, contrairement aux hydrates et aux hemiacétals, les acétals peuvent être isolés comme substances pures en neutralisant le catalyseur acide utilisé dans leur formation  Pour obtenir un rendement satisfaisant de formation d’acétal, il est préférable d’utiliser un acide “sec” tel que HCl gazeux, ou l’acide para-toluènesulfonique En résumé

55 INTERETS Les acétals sont de bons groupements protecteurs des dérivés carbonylés en milieu neutre ou en milieu basique

56 Addition de l’eau et des alcools 1) Mécanismes en catalyse Ac et B B) En catalyse basique Hydratation

57 Mécanisme Hydratation Addition alcools

58 Remarque Les hémiacétals en ½ basique, contrairement à ce qu’on a vu en mécanisme non catalysé, ils sont stables et on va pouvoir s’arrêter à cette étape pour les isoler

59 ZnCl 2 -H 2 O + Addition de thiols formation de thioacétals  Les thioacétals peuvent être regardés comme étant des analogues soufrés des acétals  Leurs mécanisme de formation est identique à celui des acétals  Comme dans le cas de leurs homologues oxygénés, la formation d'un composé cyclique est favorisé éthanedithiol

60 Addition des amines I aire ( Synthese des imines )  Une réaction entre une amine primaire et un dérivé carbonylé.  catalyse acide se produit aux pH neutres (maximiser la concentration en protons tout en évitant une trop forte protonation de l’amine).  Les imines présentent une isomérie Z/E.

61 Mécanisme Première étape Activation du caractère électrophile du dérivé carbonylé par protonation de l’atome d’oxygène Deuxième étape Attaque nucléophile de l’amine sur le dérivé carbonylé protoné Troisième étape déprotonation de l’atome de l’azote. Quatrième étape protonation de l’atome d’oxygène. Cinquième étape élimination intramoléculaire d’eau. Sixième étape déprotonation de l’imine. Hémiaminal Iminium Imine

62 Intérêt Les imines jouent un rôle biologique important (métabolisme des acides aminés, mécanismes de la vision).

63 Rôle de la Vit. B6, mieux connue sous le nom de pyridoxal, comme une coenzyme qui catalyse les réactions de transaminations

64 Addition des carbanions Addition des organométalliques Réaction générale Remarque L’addition d’un organométallique sur un dérivé carbonylé peut créer un centre asymétrique et on obtient ainsi un mélange racémique d’alcools énantiomères. * *

65 Addition des carbanions Addition des organométalliques Mécanisme générale Première étape attaque nucléophile de l’organométallique sur le site électrophile du groupe carbonyle Seconde étape réaction acido-basique avec l’eau.

66 Exemple du réactif de Grignard  Un réactif de Grignard se comporte donc généralement comme s'il était un carbanion, un nucléophile très puissant, qui prend part à une addition nucléophile sur les aldéhydes et les cétones, reliant le carbanion à l'atome de carbone du groupe carbonyle.  L'addition des réactifs de Grignard aux groupes carbonyle est également une méthode très importante de synthèse des alcools  Les réactifs de Grignard (RMgBr et ArMgBr) sont préparés à partir de bromoalcanes ou de bromoarènes et de magnésium métallique en solution éthérée  La liaison métal-carbone dans un réactif de Grignard est parfaitement ionique; le métal est l'extrémité positive et l'atome de carbone l'extrémité négative.

67 On obtient Exemple du réactif de Grignard

68 Addition des carbanions Réaction de Wittig  La réaction de Wittig nécessite la préparation initiale d'un réactif organophosphoré de composition désirée appelé ylure.  L'ylure est alors mis à réagir avec un composé carbonylé; il se forme un alcène ainsi qu'un sous-produit, l'oxyde de triphénylphosphine.  Un des atomes de carbone doublement liés de l'alcène provient de l'ylure et l'autre du carbonyle.

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71 PRÉPARATION

72 1-Oxydation des alcools les alcools primaires peuvent être oxydés en aldéhydes par le chlorochromate de pyridinium (PCC)

73 2-Ozonolyses des alcènes monosubstitués L’ozonolyse des alcènes Bien qu'il ne soit généralement pas utilisé en synthèse, le clivage d'un alcène par l'ozone, produit aldéhydes s'ils sont monosubstitués.

74 3-Aldéhydes à partir des chlorures d'acides Les aldéhydes sont facilement oxydés en acides carboxyliques, mais il est difficile de réduire les acides carboxyliques en aldéhydes. On contourne cette difficulté en transformant l'acide carboxylique en chlorure d'acide plus réactif qui lui peut être facilement réduit en aldéhyde

75 4-Hydratation anti-Markovnikov des alcyne

76 IDENTIFICATION

77 Test de Fehling Les ions du Cu (II) comme dans le CuSO4 sont des oxidants en ½ basique, laprécipitation de l’ oxide Cu (I) indique la présence d’une fonction aldéhyde.

78 Test de Tollens Une solution de nitrate d'argent dans l'ammoniaque (réactif de Tol lens) est ajoutée au com-posé carbonylé dans un tube à essai. Si un aldéhyde est présent, l'argent l'oxyde en un anion carboxylate soluble. Le cation argent est réduit en argent métallique qui précipite et couvre les parois du tube à essai d'un « miroir d'argent ». Il n'y a pas de réaction avec une cétone.

79 USAGES

80  La solution de formaldéhyde est un désinfectant bactéricide Également efficace contre les champignons et de nombreux virus  La solution de formaldéhyde est utilisée dans la désinfection des couvertures et de la literie et dans la désinfection des membranes dans les équipements de dialyse.  Solution de formaldéhyde en concentrations allant jusqu'à 10% v / v dans la solution saline est utilisé comme conservateur des spécimens anatomopathologiques Formaldéhyde

81  La Vit.B6, une vitamine hydrosoluble, est principalement impliquée Dans le métabolisme des acides aminés, mais est également impliqué dans métabolisme des glucides et des graisses  Il est également nécessaire pour La formation d'hémoglobine. Pyridoxal

82 Rétinal  La vitamine A, nécessaire à la fois pour une vision correcte et pour le développement des dents et des os.  La réaction de Wittig est une des étapes-clés de sa synthèse

83 RÉFÉRENCES BIBLIOGRAPHIQUES

84  Francis A. Carey, R. J. (2007 FIFTH EDITION). Advanced Organic Chemistry Part A. Structure and Mechanisms. Springer.  Johnson. (s.d.). invitation à la chimie organique. De Boeck.  L. Fensterbank, L. J. ( 2007). Document d’accompagnement de chimie organique. Paris.  Schore Neil Eric, K. P. (2014 SEVENTH EDITION). Organic chemistry, structure and function. W.H. Freeman and Company.  Sweetman, S. C. ( 2009 Thirty-sixth edition ). Martindale The Complete Drug Reference. London: Pharmaceutical Press.  Khan Academy. (2017, 04 16). Récupéré sur KhanAcademy.org  faidherbe. (2017, 04 16). Récupéré sur http://www.faidherbe.org

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