Transcript Instructions d`installation

D. Deffieux
II. Réactions de substitution aromatique
B. Substitution nucléophile aromatique (SNA)
1. Généralités
- Une espèce dense en électrons (nucléophile) qui attaque un composé aromatique
qui est lui-même dense en électrons est une situation pas très favorable.
X
Nu
+
SNA
Nu-
X-
+
-La SNA dépend de la nature et du nombre des substituants présents sur le noyau.
-L’attaque du nucléophile se fait en ipso (directement sur le carbone porteur
du groupe partant) et le nucléofuge n’est jamais un hydrure.
Exemple :
Cl
O2N
OH
NO2
1. NaOH
2.
NO2
O2N
NO2
+
NaCl
H3O+
NO2
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II. Réactions de substitution aromatique
B. Substitution nucléophile aromatique (SNA)
2. mécanisme
- la substitution ne peut pas être de type SN2. L’attaque du nucléophile dans
la direction opposée au départ du nucléofuge est impossible.
Cl
O2N
Nu-
NO2
SN2
NO2
- la substitution ne peut pas être non plus de type SN1. Les cations hybridés
sp2 sont des espèces extrêmement énergétiques, il est donc très défavorable
de les former sauf dans le cas des sels d’aryldiazonium.
+
O2N
NO2
SN1
NO2
2
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II. Réactions de substitution aromatique
B. Substitution nucléophile aromatique (SNA)
2. mécanismes
X
Nu
+
Nu-
SNA
+
X-
En fonction des substitants présents sur le cycle et les conditions expérimentales,
plusieurs mécanismes sont possibles :
- addition - élimination
- les sels d’aryldiazonium
- élimination - addition
- couplages catalysés par les métaux de transition
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II. Réactions de substitution aromatique
B. Substitution nucléophile aromatique (SNA)
3. Addition - élimination
- favorisée si un ou plusieurs substituants attracteurs d’électrons sont situés en position
ortho ou para du nucléofuge (effet moins important en position méta).
- mécanisme général : formation d’un complexe sigma suivie d’une élimination
qui restore l’aromaticité du cycle. Nu- :nucléophile ; X- : nucléofuge
X
Nu
Nu-
Nu
X
X
-
Nu
X
-
étape
limitante
étape rapide
complexe sigma (σ) stabilisé
Nu
par résonance
+ X
Intermédiaire de Meisenheimer
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B. Substitution nucléophile aromatique (SNA)
3. Addition - élimination
- le profil énergétique est similaire a celui de la SEA
Nu
ET
énergie
ET
X
-
X
Nu-
Nu
+ X
coordonnées de la réaction
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B. Substitution nucléophile aromatique (SNA)
3. Addition - élimination
OH-
O
O
+
N
O Cl OH
+
NO2
- N
O
-
Cl
NO2
NaOH
O
O- Cl OH
+
N
NO2
addition
NO2
NO2
NO2
+ 4 autres formules limites
élimination
O
O
+
N
OH
NO2
NO2
NaOH
O
O
+
N
ONO2 H O+
3
NO2
O
O
+
N
OH
NO2
NO2
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B. Substitution nucléophile aromatique (SNA)
3. Addition - élimination
- généralisation
X
Nu
+
Nu- : alcoolates (RO-)
amidures (R2N-)
thiolates (RS-)
cyanures (CN-)
fluorures (F-)
Nu-
SNA
+
X-
X : halogènes (F, Cl, Br, I)
sulfonique (RSO3)
nitro (NO2)
Solvants : solvants aprotiques (car présence de nucléophile)
solvants polaires (pour la stabilisation des charges partielles)
Ex : DMF
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B. Substitution nucléophile aromatique (SNA)
3. Addition - élimination
- généralisation, effet du nucléofuge X
X
Nu
+
Nu
X
-
Nu-
+
X-
kF >> kCl > kBr > kI
X = F, Cl, Br, I
312
1
0.74
0.36
Pour la première étape qui est l’étape limitante, l’état tardif de l’état de transition ressemble
uu complexe de Meisenheimer (postulat de Hammond).
Nu
Nu
F
plus stable que
Cl
car F plus électronégatif que Cl
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3. Addition - élimination
- généralisation (activation/orientation)
Activation de la réaction par des groupes accepteurs d’électrons
Cl
Inverse de la SEA
OH
NaOH (15%)
+
350°C
NaCl
OH
Cl
NO2
NO2
Na2CO3, H2O
100°C
NO2
NO2
Cl
O2N
OH
NO2
H2O
O2N
NO2
température amb.
NO2
NO2
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II. Réactions de substitution aromatique
B. Substitution nucléophile aromatique (SNA)
3. Addition - élimination
- généralisation (activation/orientation)
Activation des positions ortho et para des groupes NO2
- Substitution en position para (idem pour la position ortho)
X
Nu-
Nu
Nu
X
Nu
X
Nu
X
-
NO2
N
NO2
O
-O
O-
N
O
NO2
-
4 formules limites
- Substitution en position méta
X
Nu X
Nu-
Nu
X
NO2
X
Nu
X
NO2
NO2
3 formules limites
NO2
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II. Réactions de substitution aromatique
B. Substitution nucléophile aromatique (SNA)
3. Addition - élimination
- Récapitulatif et comparaison avec la SEA
SUBSTITUANT
accepteur :
SEA
désactive / méta
SNA
active / ortho, para
(Ex: NO2)
donneur
:
active / ortho, para
désactive / méta
(Ex: OMe)
Site de la substitution :
C-H
C-X
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B. Substitution nucléophile aromatique (SNA)
4. Les sels d’aryldiazonium
- généralités
Formule générale : R-N2+, X-
+ N
N
+
-alkyldiazoniums (instables)
-aryldiazoniums (stables si T<30°C)
+ N
+ N
+ N
N
N
N
+
+
Stabilisation par le système π aromatique
+ N
N
- N2
+
!
A température élevée, rupture spontanée de la liaison C-N qui conduit à un cation
phényle très énergétique. L’orbitale sp2, vacante dans le plan du cycle, est perpendiculaire
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au système aromatique. Le cation n’est donc pas stabilisé par le système π aromatique.
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B. Substitution nucléophile aromatique (SNA)
4. Les sels d’aryldiazonium
- préparation
- première étape : formation du cation nitrosyle ou ion nitrosium
NaNO2
+
HCl (conc.)
HONO
+
H+
H2O
+
+
H
O
+
N N
H
+
N O
aniline
X-
+
N N
-H2O
N N
+
OH2
+
N O
cation nitrosyle
- deuxième étape formation du sels d’aryldiazonium
NH2
NaCl
acide nitreux
nitrite de sodium
HONO
+
-H+
H
O
N N
tautomérie
+ H+
OH
N N
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B. Substitution nucléophile aromatique (SNA)
4. Les sels d’aryldiazonium
- mécanisme de la substitution
NH2
1) NaNO2
HCl ou H2SO4
+
N2
2) Nu-
Nu
X!
Réduction
Fe, HCl
NO2
Plusieurs mécanismes possibles
•Passage par un cation phényle
•Passage par un adduit
•Mécanisme radicalaire
- radicaux libres
- réactions redox
- métaux (cuivre, palladium…)14
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B. Substitution nucléophile aromatique (SNA)
4. Les sels d’aryldiazonium
- applications
OH
H2O
+
N2
X-
KI ou NaI
I
+ KX ou NaX
!
CuCN
CuCl cata.
NaCN (en excès)
CN
CuBr ou CuCl (en excès)
Na+BF4+
N2
BF4-
Cl ou Br
Réaction de Sandmeyer
120°C
Réaction de Balz-Schiemann
F
+ N2 + BF3
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B. Substitution nucléophile aromatique (SNA)
5. Elimination-addition
SNA qui peut avoir lieu en absence de groupes électroattracteurs
NH2
Cl
NH2
NaNH2
+
NH3
CH3
mécanisme
NH2-
Cl
CH3
CH3
50%
50%
HN2-H
NH2-
H
NH2
+
CH3
CH3
"benzyne"
NH2-
CH3 50%
+ 50% de l'autre
régioisomère
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II. Réactions de substitution aromatique
B. Substitution nucléophile aromatique (SNA)
5. Elimination-addition
-généralisation
Br
OR ou Nu
1) KNH2
2) RO- K+ ou Nu-
-possibilité de réactions de Diels-Alder
4 + 2
+
+
O
4 + 2
O
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B. Substitution nucléophile aromatique (SNA)
6. Couplages catalysés par des métaux de transition
X
+
!- !+
R M
métal cata.
Le nucléophile est ici un composé organométallique
Catalyseurs : Ni, Pd, Pt
O
Nucléophiles : R-Si , R-Sn , R-B
, R-Li,
O
Stille
Suzuki
R
+
X M
R-Cu, R-Mg- …
X : halogène ; alkylsulfonate ; -N2+, BF4R : aromatique, vinyle, allyle, benzyle
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