Chimie Organique et Synthèse
De la molécule au médicament : maîtrisez les réactions et techniques de synthèse organique.
Objectifs du Chapitre
I. Groupes Fonctionnels
| Famille | Groupe | Formule | Exemple |
|---|---|---|---|
| Alcool | Hydroxyle | -OH | Éthanol |
| Aldéhyde | Carbonyle | -CHO | Éthanal |
| Cétone | Carbonyle | R-CO-R' | Propanone |
| Acide carboxylique | Carboxyle | -COOH | Acide éthanoïque |
| Ester | Ester | -COO- | Éthanoate d'éthyle |
| Amine | Amino | -NH₂ | Éthanamine |
| Amide | Amide | -CONH₂ | Éthanamide |
| Halogénoalcane | Halogène | -X | Chlorométhane |
Acide > Ester > Amide > Aldéhyde > Cétone > Alcool > Amine > Alcène > Alcyne > Halogène
II. Mécanismes Réactionnels
2.1 Substitution nucléophile (SN)
Un nucléophile (espèce riche en électrons) remplace un groupe partant.
SN1 (monomoléculaire)
- • 2 étapes : départ puis attaque
- • Carbocation intermédiaire
- • Favorisé par C tertiaire
- • Racémisation
SN2 (bimoléculaire)
- • 1 étape concertée
- • Attaque par l'arrière
- • Favorisé par C primaire
- • Inversion de Walden
2.2 Élimination (E)
Départ d'un groupe partant et d'un proton β → formation d'une double liaison.
Règle de Zaïtsev : l'alcène le plus substitué (le plus stable) est majoritaire.
2.3 Addition
Addition électrophile (AE)
Sur alcènes : HBr, H₂O/H⁺, Br₂... Règle de Markovnikov : H sur C le plus hydrogéné.
Addition nucléophile (AN)
Sur carbonyles : NaBH₄, LiAlH₄, RMgX (Grignard), HCN...
2.4 Réactions acide-base
Transfert de proton. L'équilibre favorise l'acide et la base les plus faibles.
Ordre d'acidité : R-COOH (pKa ~5) > Ar-OH (pKa ~10) > R-OH (pKa ~16) > R-NH₂ (pKa ~35)
III. Grandes Réactions de Synthèse
Estérification / Hydrolyse
Réversible, lente, catalyse acide (H₂SO₄). Hydrolyse basique (saponification) irréversible.
Réduction des carbonyles
- • NaBH₄ : réduit aldéhydes et cétones → alcools
- • LiAlH₄ : plus puissant, réduit aussi esters et acides
- • H₂/Pd : hydrogénation catalytique (alcènes → alcanes)
Oxydation
- • Alcool I → Aldéhyde : PCC, Swern (doux)
- • Alcool I → Acide : KMnO₄, Jones (fort)
- • Alcool II → Cétone : tous les oxydants
- • Alcool III : pas d'oxydation
Grignard
Formation de liaison C-C. Milieu anhydre strict (éther).
IV. Techniques de Synthèse
Chauffage à reflux
Réfrigérant vertical, solvant bout et recondense. Accélère la réaction sans perte de matière.
Montage de Dean-Stark
Élimine l'eau formée → déplace l'équilibre (estérification, acétalisation).
Addition sous atmosphère inerte
N₂ ou Ar pour réactifs sensibles à l'air/humidité (Grignard, LiAlH₄).
Bain de glace
Contrôle des réactions exothermiques, addition lente de réactifs.
Purification
Extraction liquide-liquide
Ampoule à décanter. Extraction à l'éther, lavages acide/base/eau. Séchage sur Na₂SO₄ ou MgSO₄.
Recristallisation
Dissolution à chaud, filtration, refroidissement lent → cristaux purs. Choix du solvant crucial.
Distillation
Simple (ΔTeb > 25°C), fractionnée (colonne Vigreux), sous vide (composés thermosensibles).
Chromatographie sur colonne
Silice, élution par gradient de polarité. Flash chromatography pour rapidité.
V. Rendement et Optimisation
Calculé à partir du réactif limitant
mpur / M (après purification)
Chimie verte (12 principes)
VI. Pièges à Éviter
❌ Confondre SN1/SN2
SN1 = 2 étapes, C tertiaire, racémisation. SN2 = 1 étape, C primaire, inversion.
❌ Oublier le réactif limitant
Toujours identifier le limitant avant de calculer le rendement théorique.
❌ Négliger la sécurité
Grignard = anhydre strict. LiAlH₄ = réagit violemment avec l'eau. Toujours consulter les FDS.
❌ Mauvais choix de solvant
Le solvant ne doit pas réagir avec les réactifs ni être miscible lors de l'extraction.
