SUBSTITUTION UNIMOLÉCULAIRE ET RÉACTIONS PARALLÈLES D’ÉLIMINATION

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1 SUBSTITUTION UNIMOLÉCULAIRE ET RÉACTIONS PARALLÈLES D’ÉLIMINATION
CHAPITRE 7 Vollhardt – Chapitre 7

2 7.1 SOLVOLYSE DES HALOGÉNOALCANES TERTIAIRES ET SECONDAIRES

3 7.2 SUBSTITUTION NUCLÉOPHILE UNIMOLÉCULAIRE
Étape 1: Dissociation de l'halogénure pour former un carbocation.

4 SUBSTITUTION NUCLÉOPHILE UNIMOLÉCULAIRE (suite)
Étape 2: Attaque nucléophile par l'eau.

5 SUBSTITUTION NUCLÉOPHILE UNIMOLÉCULAIRE (suite)
Étape 3: Déprotonation.

6 SUBSTITUTION NUCLÉOPHILE UNIMOLÉCULAIRE (suite)
A10FA.MOV

7 DIAGRAMME D’ÉNERGIE POTENTIELLE => SN1
Cinétique de 1er ordre v = k [Hal] mol l-1 s-1 A7EP.MOV

8 CINÉTIQUE => SN1 vs SN2
v = k [MeSNa][MeI] v v [MeI] [NaSMe] (NaSMe constant) (MeI constant) Confirmation d’une SN2

9 CINÉTIQUE => SN1 vs SN2
v = k [tBuBr] v v [tBuBr] [NaOH] (NaOH constant) (tBuBr constant) Confirmation d’une SN1

10 CINÉTIQUE => SN1 vs SN2
Si, en augmentant la quantité du réactif ([substrat] stable), la vitesse de réaction augmente  concertée Confirmation d’une SN2 Si, en augmentant la quantité du réactif ([substrat] stable), la vitesse de réaction ne change pas  non concertée Confirmation d’une SN1

11 7.3 CONSÉQUENCES STÉRÉOCHIMIQUES DES RÉACTIONS SN1
A6.MOV

12 7.4 SN1 VS SOLVANTS Les solvants polaires protiques accélèrent la réaction SN1. La solvatation du nucléofuge (par des liens H) explique ce phénomène.

13 SN1 VS GROUPES SORTANTS La réaction SN1 s'accélère avec de meilleurs groupes sortants.

14 SN1 VS NUCLÉOPHILES La force du nucléophile a des répercutions sur la répartition des produits mais pas sur la vitesse de la réaction.

15 7.5 INFLUENCE DE LA STRUCTURE DU GROUPE ALKYLE SUR LA RÉACTION SN1
Stabilité relative des carbocations: Nbre de liaisons avec le C+ 3 é dans la couche de valence 6 Orbitale vide p Déficitaire en é oui Géométrie plan Intermédiaire ou état de transition ? intermédiaire

16 CARBOCATIONS VS HYPERCONJUGAISON
Un peu comme une conjugaison

17 Cations allyliques et benzyliques
Hyperconjugaison : « comme une conjugaison » Cations allyliques et benzyliques : vraie conjugaison

18 Vitesses de solvolyse de RCl
composé vitesse relative commentaire 0,07 Chlorure primaire (SN2 seulement) 0,12 Chlorure secondaire (réagit mal en SN1) 2100 Chlorure tertiaire (bon en SN1) 1,0 Primaire, mais allylique 91 Allylique secondaire à une extrémité Allylique tertiaire à une extrémité 7 700 Primaire, allylique et benzylique EtOH : H2O 50:50 (44,6°C)

19 Cations stabilisés par un hétéroatome

20 SN1 vs SN2 Structure type méthyle primaire secondaire tertiaire SN1 ?
- - - - - + + + + SN2? + +

21 SN1 vs SN2 SN1 SN2 Mécanisme Deux étapes Une étape Cinétique Ordre 1
Nucléophilicité du réactif Pas important Très important (affecte la v) Structure de l’atome de carbone saturé Résonance stabilisante tert >> sec > prim Très sensible aux effets stériques prim > sec >> tert Effet du solvant Favorisé par les solvants polaire protiques Favorisé par les solvants aprotique polaire Stéréochimie Racémisation Inversion Conditions de réaction Acide ou neutre Basique ou neutre

22 7.6 ÉLIMINATION UNIMOLÉCULAIRE: E1

23 7.6 ÉLIMINATION UNIMOLÉCULAIRE: E1
Le styrène est préparé industriellement par une E1 styrène 5,4 x 106 tonnes aux USA en 2000 7-8 x 105 tonnes aux Canada / année

24 7.7 ÉLIMINATION BIMOLÉCULAIRE: E2

25 E2 (suite)

26 E2 (suite) A18FA.MOV

27 7.8 COMPÉTITION ENTRE SUBSTITUTION ET ÉLIMINATION
Les Nu faiblement basiques donnent lieu à une substitution. (Ex: NaI, AcONa) les Nu fortement basiques favorisent davantage l’élimination lorsque l’encombrement stérique du substrat augmente. (Ex: CH3ONa vs 1-bromo-propane, 1-bromo-2-méthylpropane et 2-bromopropane) Les molécules choisissent le chemin le moins couteux en énergie ; Ea le + faible possible

28 7.8 COMPÉTITION ENTRE SUBSTITUTION ET ÉLIMINATION
pKaH = -7 95 % produit de substitution (+ qques % d’élimination)

29 7.8 COMPÉTITION ENTRE SUBSTITUTION ET ÉLIMINATION
pKaH = 16 ~ 100% d’élimination

30 COMPÉTITION ENTRE SUBSTITUTION ET ÉLIMINATION (suite)
Les nucléophiles basiques fortement encombrés favorisent l’élimination. tBuOK est mieux pour E2 que KOH (HO- peut faire une SN2) DBU (1,8-diazabicyclo[5.4.0]undéc-7-ène)

31 7.9 RÉSUMÉ DE LA RÉACTIVITÉ DES HALOGÉNOALCANES

32 SN1 = SUBSTITUTION NUCLÉOPHILE UNIMOLÉCULAIRE
Cinétique de 1er ordre v = k [Hal] mol l-1 s-1 Réaction en deux étapes L’étape essentielle est la formation d’un carbocation Attaque du Nu en dessus ou en dessous du carbocation plan (sp2)

33 SN1 = SUBSTITUTION NUCLÉOPHILE UNIMOLÉCULAIRE (suite)
Non stéréospécifique = racémisation Halogénoalcanes: t > s >>> p et benzyliques Solvants protiques polaires (H2O, ROH, etc)

34 E1 = ÉLIMINATION UNIMOLÉCULAIRE
Réaction en deux étapes L’étape essentielle est la formation d’un carbocation Caractère compétitif SN1/E1

35 E2 = ÉLIMINATION BIMOLÉCULAIRE
Réaction concertée = 1 étape Favorisée par une température élevée et avec des nucléophiles qui sont des bases fortes (tBuO-, LDA, EtO-, etc) Attaque antipériplanaire Caractère compétitif SN2/E2 Ex. : p. 259

36 ÉLIMINATION Règle de Zaytsev
(За́йцев ) Lors d’une élimination, si plusieurs alcènes peuvent être obtenus, l’alcène majoritaire sera l’alcène le plus substitué (celui qui est lié au minimum de H). Donc, le H sera arraché du carbone qui a le moins de H. Vollhardt, 4ième édition, sections 11-7, 11-8 et 11-9 (pages ).

37 ÉLIMINATION Règle de Zaytsev
Lors d’une élimination, si plusieurs alcènes peuvent être obtenus, l’alcène majoritaire sera l’alcène le plus substitué (celui qui est lié au minimum de H). Donc, le H sera arraché du carbone qui a le moins de H. trisubstitué majoritaire disubstitué minoritaire Toujours bonne, cette règle ?!? Malheureusement, dans le cas d’une base très encombrée, il se peut qu’elle choisisse d’arracher le H le moins encombré …

38 ÉLIMINATION Règle de Zaytsev
Lors d’une élimination, si plusieurs alcènes peuvent être obtenus, l’alcène majoritaire sera l’alcène le plus substitué (celui qui est lié au minimum de H). Donc, le H sera arraché du carbone qui a le moins de H. EtONa/EtOH tBuOK/tBuOH trisubstitué majoritaire (~70:30) disubstitué majoritaire (~25:75)

39 ÉLIMINATION Règle de Zaytsev

40 ÉLIMINATION Règle de Zaytsev
Pour s’assurer d’obtenir l’alcène le plus substitué ?!? E1 (car n’implique pas de base encombrée). S’assurer d’une E1 sans présence de SN1 ?!? Déshydrater un alcool dans H2SO4 conc. (HSO4-, très mauvais Nu) ~80% traces Produit trans (E) majoritaire

41 ÉLIMINATION Règle de Zaytsev

42 ÉLIMINATION (dans un cycle)
250 x + lent !

43 ÉLIMINATION (dans un cycle)
favorisé, iPr équatorial E2 possible 2 C-H antipériplanaires défavorisé, iPr axial E2 impossible (pas de C-H antipériplanaire) inversion de cycle inversion de cycle favorisé, iPr équatorial E2 impossible (pas de C-H antipériplanaire) défavorisé, iPr axial mais E2 possible ! (lent, car « pas souvent » dans cette conformation)

44 E1, E2, SN1, SN2 ÉLIMINATION VS SUBSTITUTION?
Trois questions doivent être posées: Est-ce que le Nu est une base forte? Est-ce que le Nu est encombré stériquement? Est-ce que le substrat est encombré stériquement (t, s ou p et branché)? Si la réponse à deux de ces questions est positive, alors l’élimination est favorisée, sinon, la substitution prédomine.

45 E1, E2, SN1, SN2 ÉLIMINATION VS SUBSTITUTION?
Facteur 1 : basicité du Nu Bases faibles (SN+) Bases fortes (E+) H2O, ROH, PR3, X-, RS-, N3-, NC-, RCOO HO-, RO-, R2N- Facteur 2 : Encombrement stérique de l’E Peu encombré (SN+) Encombré (E+) Primaire Primaire ramifié, secondaire, tertiaire Facteur 3 : Encombrement stérique du Nu Peu encombré (SN+) Encombré (E+) HO-, CH3O-, CH3CH2O- (CH3)3CO-, [(CH3)2CH]2N- p. 262

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

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48 Importance de la SN1 Synthèse du géraniol

49 Importance de la SN1 Synthèse du géraniol
Pour faire une SN1, ça prend un bon groupe sortant ? La nature choisit le phosphate et le diphosphate. (OP) (OPP)

50 Importance de la SN1 Synthèse du géraniol
Pour faire une SN1, ça prend un bon groupe sortant ? La nature choisit le phosphate et le diphosphate.

51 Importance de la E2 Métabolisme de l’atracurium
Relaxant musculaire (aussi utilisé pour anesthésie locale). Il doit s’éliminer assez rapidement. atracurium Me = méthyl = CH3

52 Importance de la E2 Métabolisme de l’atracurium
Relaxant musculaire (aussi utilisé pour anesthésie locale). Il doit s’éliminer assez rapidement. Ces deux fractions sont facilement excrétées.

53 Importance de la E1 Synthèse du tamoxifène
Traitement du cancer du sein (antagoniste des récepteurs oestrogéniques). Ar = aromatique

54 SOMMAIRE Diagramme d’E SN1 Cinétique SN1 vs SN2
SN1  mélange racémique SN1 Importance du nucléofuge SN1 « non-importance » du nucléophile Stabilité des carbocations (alkyle (prim, sec, tert), allyle, benzyle) Comparaison SN1 – SN2 E1, E2, Nu basique

55 EXERCICES Vollhardt, Chap. 7 5ième édition (p. 276)
Nos 22, 24, 25, 27, 28, 29, 30, 31, 32, 34, 35, 36, 37, 38, 40(sauf h et k), 43, 44, 45, 47, 48, 49, 52, 53, 54. 4ième édition Nos 22, 24, 25, 27, 28, 29, 30, 31, 32, 34, 35, 36, 37, 38, 40 (sauf h et k), 43, 44, 45, 46, 47, 48, 49, 50, 51, 52, 53. 3ième édition Nos 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32, 33, 36, 37, 38, 39, 40, 41, 42, 43, 44, 45, 46. étudiez le « problème d’intégration » 7.20 (p. 273). étudiez le « problème d’intégration » 7.20 (p. 265).