Remerciez-le!

Remerciez @Admin pour avoir partagé cet document gratuitement, de la manière la plus simple, en partageant sur les réseaux sociaux.

1 stratégie de synthèse & rétrosynthèse Stratégie de synthèse et rétrosynthèse

1 stratégie de synthèse & rétrosynthèse Stratégie de synthèse et rétrosynthèse en chimie organique Chapitre 11 Cours de chimie de première période et seconde période dePCSI Le Plan du cours Chapitre 11 Chimie organique Synthèse et Rétrosynthèse I. LA RETROSYNTHESE, OU « LA SYNTHESE VERSL’ARRIERE» 4 1. VOCABULAIREUTILISE 4 2. PRINCIPE ET ECRITURED’UNERETROSYNTHESE 5 3. PRECEPTES DEBONNESDECONNEXIONS 5 4. ATTENTION AUX TRAQUENARDS ! ET IL Y ADESSOLUTIONS. 7 II. LA CONNEXION C-C AL’AIDED’ORGANOMETALLIQUES 8 1. CE QUE CONTIENTUNORGANOMETALLIQUE 8 2. COMMENT PREPARER UN ORGANOMETALLIQUE?EXEMPLES 8 3. EXEMPLES DE RETROSYNTHESES IMPLIQUANT UN ORGANOLITHIEN OUUNORGANOMAGNESIEN 10 III. LES PREMIERES STRATEGIESDESYNTHESE 10 1. EXEMPLE 1 : CHOIX D’UNE « BONNE » STRATEGIEDESYNTHESE 10 2. EXEMPLE 2 : « LECTURE D’UNERETROSYNTHESE» 12 3. EXERCICES, EXTRAITS D’EPREUVESDECONCOURS 13 3.1. SYNTHESEDEL’ARBORONE 13 3.2. QUELQUES REACTIONS A PARTIR DELAVANILLINE 16 La synthèse totale d’une molécule en chimie organique est un art. Elle requiert une bonne compréhension de plusieurs concepts de base, mais surtout elle exige de les mettre en application. Ce dernier chapitre de chimie organique de Première Période servira donc à utiliser les concepts de base de la chimie organique, afin de les appliquer à la compréhension de synthèses qui vont seront proposées enexercices. Apprendre à connaître et à utiliser les méthodes et stratégies de la construction moléculaire en chimie organique est donc indispensable. Nous verrons en seconde période des constructions plus élaborées. La chimie organique est avant tout une science créative. Les objectifs par exemple des chapitres étudiés cette année puis l’an prochain sont de vous apprendre à construire de nouvelles molécules. Il serait possible de citer ici les contributions de nombreux chimistes célèbres ; citons le Prix Noble de chimie de 1990, Elias James COREY, dont les travaux portant notamment sur la rétrosynthèse sont essentiels. Mais lorsque le chimiste est vraiment confronté au défi de fabriquer une nouvelle molécule, comment s’y prend-il ? « Comment le chimiste s’y prend-il pour construire l’équivalent d’une cathédrale ? » comme le dit Peter Atkins dans son livre « Au cœur des réactions chimiques ». Prenons l’exemple de cette cathédrale : O O O OH N H H O N O C’est une molécule appelée ICI-D7114 et qui est active contre l’obésité. Nous l’appellerons la molécule cible. La planification de la synthèse de cette molécule se construit « à l’envers », en revenant vers les substrats simples et disponibles. Ce processus est appelé une rétrosynthèse, et l’art de planifier la synthèse d’une molécule cible est appelée analyse rétrosynthétique. I. La rétrosynthèse, ou « la synthèse vers l’arrière» 1. Vocabulaireutilisé Le développement de stratégies de synthèse se fait en général par une analyse rétrosynthétique de la molécule-cible : la molécule cible est la molécule que l’on cherche à synthétiser. Une rétrosynthèse, il s’agit d’imaginer des déconnexions du squelette de la molécule- cible pour « la simplifier », conduisant à des intermédiaires-clés appelés synthons. L’agencement de ces synthons, lors de la synthèse, se fera par transformations de groupements fonctionnels et la création de nouveaux liens. Ainsi, dans une analyse rétrosynthétique, on fera généralement des déconnexions autour des groupements fonctionnels. Figure 1 : différentes déconnexions/connexions possibles O O 2. Principe et écriture d’une rétrosynthèse La question principale posée par la rétrosynthèse est désormais celle-ci : « quels réactifs X et Y doit-on faire réagir ensemble pour former Z » ? Nous examinons donc les réactions en sens inverse et nous utiliserons pour cela une flèche rétrosynthétique, notée : Ainsi , Z X + Y se lit « Z pourrait être préparé à partir de X et Y » Par exemple, nous savons d’un ester peut être préparé à partir d’un acide et d’un alcool. Ainsi, l’insectifuge suivant peut être préparé à partir d’un acide et d’un alcool et l’on peut en rendre compte en utilisant une flèche rétrosynthétique : O Ph O Ph Ph OH O + Ph Cl ester alcool chlorure d'acyle 3. Préceptes de bonnesdéconnexions On se rend compte qu’un des problèmes est d’identifier, de repérer les déconnexions possibles. Premier point : Les déconnexions doivent correspondre à des réactions connues et fiables. C’est un point extrèmement important des analyses rétrosynthétiques. Second point : Les composés constitués de deux parties par un hétéroatome doivent être déconnectés à côté de l’hétéroatome. Ainsi, pour l’éther 2,4-D ci-dessous, on préfèrera couper à droite de l’atome de soufre. oxygène Cl Cl fonction Cl COOH Cl + COOH éther C-O On obtient ainsi deux synthons, et il faut maintenant réfléchir aux deux réactifs qui O correspondent à ces deux synthons. Proposons : Cl obtenu par à partir de : Cl Cl Cl OH traité en milieu basique COOH obtenu par à partir de : Cl COOH Voilà, nous avons réussi notre première rétrosynthèse : Cl OH Cl Rem : c’est une synthèse de Williamson, que nous reprendrons en seconde période. A B C A B C D A B A B D C Il y a aussi d’autres points à considérer, nous les rencontrerons dans les exercices ; il faut par exemple éviter des voies qui évitent les problèmes de chimiosélectivité : il faut donc d’abord déconnecter les groupementsréactifs. 4. Attention aux traquenards ! Et il y a dessolutions. Il faut essayer de minimiser le nombre total des étapes nécessaires pour transformer les premiers produits mis en œuvre en le produit désiré. Il faut prendre en compte le nombre des étapes et leur rendement également. Ainsi : Rendement global d’une suite de 7 étapes de rendement égal à 85% pour chacune d’entre elles : = 100 x (0,85)7 = 32 %. Rendement global d’une suite de 4 étapes de rendement égal à 95% pour toutes sauf pour l’une de rendement égale à 45 % : = 100 x (0,85)3 x (0,45) = 39 %. On voit donc que si le rendement de 45% paraît faible, il n’en demeure pas moins que le nombre d’étapes faibles fait que cette seconde synthèse est plus judicieuse. Dans ces exemples, les réactions se suivent et l’on parle de synthèse linéaire. Mais souvent, on préfère l’approche de la molécule-cible vis deux ou trois voies concurrentes, et l’on parle dans ce cas de synthèse convergente. Exemple de synthèse linéaire : Exemple de synthèse convergente : Le rendement d’une synthèse convergente est en général plus élevé que celui d’une synthèse linéaire. A A C A B C D II. La connexion C-C à l’aided’organométalliques 1. Ce que contient un organométallique Les organométalliques possèdent une liaison Carbone-Métal. Figure 2 : quelques métaux mis en jeu Le carbone étant plus électronégatif que les métaux M, les liaisons C-M sont polarisées et les composés organométalliques possèdent donc des propriétés nucléophiles. Ces composés sont donc des réactifs de premier choix pour former une liaison C-C. Citons les composés organométalliques communs :  Les organolithiensR-Li Figure 3 : préparation d’organolithiens  Les organomagnésiensR-MgX 2. Comment préparer un organométallique ?Exemples Il y a différentes méthodes de préparation des organométalliques :  Insertion oxydante de Mg dans les halogénuresd’alkyle Exemple : le magnésium est au degré d’oxydation 0 dans Mg(s) et au degré +II dans RMgX Mg(s) Br Br Mg Mg s'insère ici  Insertion oxydante de Li dans les halogénures d’alkyle Exemple: Exemple : le lithium est au degré d’oxydation 0 dans Li(s) et au degré + Idans RLi (et dans LiX) 2 équivalents Li(s) Br Li +LiBr Li s'insère ici Déprotonation des alcynes Exemple : H + nBu Li THF Li + -78°C nBu H hex-1-yne pKA env.26 n-butyllithium hex-1-yn-1-yllithium butane pKA env. 50 Me H + prop-1-yne Et MgBr bromure THF 20°C Me MgBr bromure de + Et H éthane d'éthylmagnésium prop-1-yn-1-ylmagnésium Attention, les organométalliques sont très basiques : ils craignent donc l’humidité, dont il faut absolument les préserver : ils réagissent en effet très rapidement et de façon très exothermiques avec l’eau pour donner unalcane. H3C CH3 3. Exemples de rétrosynthèses impliquant un organolithien ou un organomagnésien Figure 4 : exemples de rétrosynthèses mettant en jeu les organolithiens et organomagnésiens III. Les premières stratégies desynthèse 1. Exemple 1 : choix d’une « bonne » stratégie desynthèse Examinons la molécule de 3-cyclobutylheptan-3-ol dont nous devons envisager la synthèse à partir de substrats possédant au maximum 4 carbones: OH 3-cyclobutylheptan-3-ol Effectuons une analyse rétrosynthétique : voie a voie b voie c OH H3C CH3 3-cyclobutylheptan-3-ol OH H3C CH3 3-cyclobutylheptan-3-ol OH 3-cyclobutylheptan-3-ol Suite… voie a' voie a' voie c' a b a H OH O b H OH a H OH O b H OH H OH O H OH 2. Exemple 2 : « lecture d’une rétrosynthèse» Effectuons une analyse rétrosynthétique : remarques : TM = Target Molecule /molécule cible ; FGI = Interconversion de Groupement Fonctionnel ; PCC = ChloroChromate de Pirydinium ; SE = Synthon Equivalent / nombre d’équivalent de synthon ; PI = Polarity Inversion / Inversion de polarité 3. Exercices, extraits d’épreuves deconcours 3.1. synthèse del’arborone 3.2. Quelques réactions à partir de lavanilline uploads/Litterature/ expose-y.pdf