3 – Hydrolyse des dérivés d’acides

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Partie VI – Chimie organique VI.1. Réactions d’addition nucléophile suivie d’élimination

3 – Hydrolyse des dérivés d’acides

1 – Hydrolyse des esters

1.1. Difficultés à dépasser

• Pourquoi ne peut-on pas envisager une action directe de l’eau en tant que nucléophile sur un ester ?

• Quelles sont les deux options possibles pour permettre l’hydrolyse des esters ?

• Est-il possible de réaliser simultanément une activation électrophile de l’ester et une activation nucléophile de l’eau ?

1.2. Hydrolyse basique des esters Doc 1 : Saponification

Les savons ont été traditionnellement obtenus par chauffage de corps gras en présence d’une base. Les savons sont généralement des carboxylates de sodium ou de potassium à longue chaîne carbonée.

• Échelle macroscopique :

o Quelle est l’équation de réaction modélisant la saponification d’un ester ? o L’ion hydroxyde joue-t-il ici le rôle de catalyseur ?

o Pourquoi n’obtient-on pas l’acide à la fin de la transformation ? Comment l’obtenir ? o Quelles sont les caractéristiques de la transformation ?

Acide carboxylique

Préparation

Hydrolyse

Dérivé d’acide

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• Échelle microscopique :

o Quel est son mécanisme ? Pourquoi n’y a-t-il que 3 étapes ?

o Quelle est l’étape cinétiquement déterminante ? En déduire la loi de vitesse de la transformation.

• Lien macro-micro : pourquoi l’hydrolyse basique des esters est-elle totale ? Justifier.

• Travail par analogie : proposer des conditions pour une transestérification en milieu basique.

1.3. Hydrolyse acide des esters

• Échelle macroscopique :

o Quelle est l’équation de réaction ?

o Quelles sont les caractéristiques de la transformation ?

• Échelle microscopique :

o Commenter le mécanisme de la réaction : nombre d’étapes ? o Rôles des étapes acido-basiques ?

Doc 2 : Mécanisme de l’hydrolyse acide des esters

H₃C C O OCH₃

H₃C C O OCH₃ H

H₃C C OH OCH₃ + H Protonation

H

C C OH

OCH

A

H

C C OH

OCH

O

H

H + H

O

H

C C OH

O

O

H

H₃C

H

H

C C OH

O

O H H

C H Prototropie

H

C C OH

O OH

H

C H H

C C

OH O H

H

C C O

OH E

- CH

OH - H

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2 – Hydrolyse des amides

Doc 3 : Hydrolyse des amides

Conditions acides Conditions basiques

Equation de réaction :

H₃C C O NH₂

H₃C C O OH

+ H₃O + NH₄

Equation de réaction :

H₃C C O

NH2

H₃C C O

O^-

+ H0^- + NH₃

Caractéristiques :

✓ Transformation limitée ;

✓ Très lente

✓ L’acide est un réactif (pas un catalyseur)

Caractéristiques :

✓ Transformation quasi-totale ;

✓ Très lente (sauf à chaud)

✓ La base est un réactif (pas un catalyseur) Mécanisme : 5 étapes (AB + A

+ AB + E + AB)

o AB : Activation électrophile de l’amide par l’acide, o A

: Addition nucléophile de l’eau sur l’amide activé, o AB : Prototropie pour éliminer une amine NH

(pK

≈ 10)

au lieu d’un amidure NH

(pK

≈ 35)

o E : Elimination pour reformer la double liaison C=O, o AB : Régénération du catalyseur.

H₃C C O

NH₂

H3C C O

NH2

H

H₃C C OH

NH₂ + H⁺ protonation

H3C C OH

NH2

A_N

H3C C OH

NH2

O H

H + H2O

H3C C OH

NH3

O H prototropie

H3C C OH

NH₂ O

H

H

H3C C

OH O

H E

+ H3C C

OH

NH3

O H H N H

H

H3C C

OH O

H

H₃C C O

OH +

A/B + NH4

H N H

H

Mécanisme : 3 étapes (A

+ E + AB)

o A

: Addition nucléophile directe de l’ion hydroxyde HO

sur l’amide (HO

suffisamment bon nucléophile)

o E : Elimination pour reformer la double liaison C=O o AB : Réaction acide-base quasi-totale entre l’acide

carboxylique et l’amidure

H₃C C O

NH2

A_N

H₃C C O

NH₂ + HO OH

H₃C C O

O E

H₃C C O

NH₂

OH N

H H

H +

H3C C O

O

H3C C O

O

+ NH3

N H

H

H

A/B

La réaction AB finale a une constante d’équilibre tellement grande qu’elle déplace l’ensemble des équilibres précédents dans le sens de la formation du carboxylate

 le processus global devient non renversable et par conséquent total

La transformation reste néanmoins lente et nécessite un

chauffage à reflux important

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3 – Hydrolyse des autres dérivés d’acides

3.1. Hydrolyse des dérivés activés (chlorure d’acyle et anhydride d’acide)

• Équations de réaction (échelle macroscopique) : o Cas du chlorure d’acyle :

C H

Cl O

+ ^H

^{O = H}

^C

OH O

+ +

N N

H

Cl

o Cas de l’anhydride d’acide : C H

O O

C H

O

+ ^H

^{O = H}

^C

OH O

2

• Caractéristiques macroscopiques : o Très rapides

o Totales

• Conséquences :

o Ces groupes n’existent pas à l’état naturel, l’eau les transformerait en acide carboxylique.

o En synthèse, travail en conditions anhydres (éliminer toute trace d’eau qui détruirait les chlorure d’acyle ou les anhydride d’acide).

3.2. Hydrolyse des nitriles

• Échelle macroscopique :

o Équation de réaction modélisant l’hydrolyse d’un nitrile en milieu acide :

C

H

N + ^H

^{O = H}

^C

OH O

+ ^H

^O

+ ^NH

o Conditions opératoires : les nitriles sont très peu réactifs, nécessité d’une « aide » cinétique :

▪ Chauffage fort,

▪ Présence d’un acide fort.

• Échelle microscopique :

o Hydratation du nitrile :

▪ AB puis A

: activation de l’électrophilie du nitrile pour permettre l’addition nucléophile d’eau,

▪ AB : prototropie qui entraîne la formation d’un amide non isolé (ni isolable).

o Hydrolyse de l’amide intermédiaire (voir 2.) :

▪ AB puis A

: activation de l’électrophilie de l’amide pour permettre l’addition nucléophile d’eau,

▪ AB puis E : prototropie qui permet l’élimination d’ammoniac NH

▪ AB : NH

récupère un proton pour former l’acide carboxylique.

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4 – Application à la protection des fonctions ester et amide

• Rappeler les conditions d’une protection de fonction.

4.1. Protection des alcools sous forme d’ester

• Pourquoi le groupe fonctionnel ester est-il pertinent pour la protection du groupe hydroxyle ?

• Pourquoi préfère-t-on réaliser la déprotection en milieu basique ?

• Commenter la synthèse suivante (doc. 6).

Doc 6 : Synthèse 1

4.2. Protection des amines sous forme d’amide

• Pourquoi le groupe fonctionnel amide est-il pertinent pour la protection du groupe amine ?

• Commenter la synthèse suivante.

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Doc 7 : Synthèse 2