Figure 10.8
Mécanisme général de
substitution nucléophile – a) Sur
un alcool libérant un mauvais
groupe partant ; b) Sur un alcool
protoné libérant un bon groupe
partant
10.4.2 Synthèse de composés halogénés à partir des alcools
10.4.2.1 Réactions de substitution nucléophile avec les acides
halogénés (HCl, HBr et HI en solution aqueuse)
Grâce à des réactions de substitution nucléophile, les alcools peuvent réagir avec des
acides halogénés (HOX en solution aqueuse) pour former des composés halogénés
selon la réaction globale présentée dans la ?gure 10.9.
Les réactions de substitution nucléophile peuvent se réaliser selon un mécanisme de
type S N 1 ou S N 2, selon la nature de l’alcool de départ (primaire, secondaire ou tertiaire).
Les alcools tertiaires réagissent selon un mécanisme de substitution nucléophile d’ordre 1 (S N 1), car ils favorisent la formation d’un carbocation tertiaire plus stable. Dans ce
type de réaction, la solution aqueuse de HOX, un acide fort, est employée. Ce sont ainsi
les ions halogénure (X
−
) et hydronium (H 3 O
+
) qui sont présents dans le milieu réactionnel de départ. Au moment de l’ajout de l’alcool, le groupement hydroxyle est protoné par
l’ion hydronium. Pour sa part, l’ion halogénure X
− est un bon nucléophile (meilleur que
l’eau), étant chargé négativement, mais il n’est pas en mesure d’arracher l’hydrogène de
l’ion alkyloxonium (ROH 2
+
) ni même d’effectuer une réaction d’élimination, car il est
une très mauvaise base. Cette caractéristique des ions halogénure favorise donc la réaction de substitution nucléophile. Par conséquent, à la suite de la formation du carbocation, l’ion halogénure X
− attaque ce dernier pour donner le composé halogéné attendu.
La ?gure 10.10 présente un exemple de substitution nucléophile d’ordre 1 sur un
alcool tertiaire, soit le 2-méthylpropan-2-ol (alcool tert-butylique). Ce dernier réagit
avec une solution d’acide chlorhydrique concentrée pour donner le 2-chloro-2méthylpropane. Ce type de réaction s’effectue rapidement en agitant le mélange à la
température ambiante.
Comme c’est le cas pour les composés halogénés, les réactions de substitution
nucléophile d’ordre 1 (S N 1) mènent à la formation d’un mélange racémique si et seulement si le carbone porteur de la fonction alcool est un carbone stéréogénique (C*) et
qu’il est le seul carbone chiral de la molécule (voir la section 9.4.3, p. 397).
Contrairement aux alcools tertiaires, les alcools primaires réagissent selon un mécanisme de substitution nucléophile d’ordre 2 (S N 2), car la formation d’un carbocation primaire instable n’est pas favorisée. Lorsqu’une solution d’acide chlorhydrique (un acide
fort) est employée, ce sont, par conséquent, les ions chlorure (Cl
−
) et hydronium (H 3 O
+
)
Figure 10.9
Réaction globale de la formation
d’un composé halogéné à partir
d’un alcool en présence d’un
acide halogéné
Pour favoriser une réaction
de substitution nucléophile
sur les alcools, les réactifs
utilisés doivent être de bons
nucléophiles, mais les plus
faiblement basiques possible. Dans une fonction
alcool, la charge partielle
positive (δ
+
) de l’hydrogène
de la liaison OOH est plus
grande que celle du carbone
de la liaison COO, puisque
la différence d’électronégativité (ΔÉn) de la liaison
OOH est plus élevée. Par
conséquent, l’hydrogène
peut subir préférentiellement l’attaque d’un
nucléophile menant à une
réaction acidobasique (voir
la section 10.3.2, p. 449)
plutôt qu’à une réaction de
substitution nucléophile, si
le nucléophile possède un
trop fort caractère basique
(p. ex. : RMgX, NH 2
−
, etc.).
REMARQUE
452 Chapitre 10 Alcools, phénols et thiols
Mécanisme général de
substitution nucléophile – a) Sur
un alcool libérant un mauvais
groupe partant ; b) Sur un alcool
protoné libérant un bon groupe
partant
10.4.2 Synthèse de composés halogénés à partir des alcools
10.4.2.1 Réactions de substitution nucléophile avec les acides
halogénés (HCl, HBr et HI en solution aqueuse)
Grâce à des réactions de substitution nucléophile, les alcools peuvent réagir avec des
acides halogénés (HOX en solution aqueuse) pour former des composés halogénés
selon la réaction globale présentée dans la ?gure 10.9.
Les réactions de substitution nucléophile peuvent se réaliser selon un mécanisme de
type S N 1 ou S N 2, selon la nature de l’alcool de départ (primaire, secondaire ou tertiaire).
Les alcools tertiaires réagissent selon un mécanisme de substitution nucléophile d’ordre 1 (S N 1), car ils favorisent la formation d’un carbocation tertiaire plus stable. Dans ce
type de réaction, la solution aqueuse de HOX, un acide fort, est employée. Ce sont ainsi
les ions halogénure (X
−
) et hydronium (H 3 O
+
) qui sont présents dans le milieu réactionnel de départ. Au moment de l’ajout de l’alcool, le groupement hydroxyle est protoné par
l’ion hydronium. Pour sa part, l’ion halogénure X
− est un bon nucléophile (meilleur que
l’eau), étant chargé négativement, mais il n’est pas en mesure d’arracher l’hydrogène de
l’ion alkyloxonium (ROH 2
+
) ni même d’effectuer une réaction d’élimination, car il est
une très mauvaise base. Cette caractéristique des ions halogénure favorise donc la réaction de substitution nucléophile. Par conséquent, à la suite de la formation du carbocation, l’ion halogénure X
− attaque ce dernier pour donner le composé halogéné attendu.
La ?gure 10.10 présente un exemple de substitution nucléophile d’ordre 1 sur un
alcool tertiaire, soit le 2-méthylpropan-2-ol (alcool tert-butylique). Ce dernier réagit
avec une solution d’acide chlorhydrique concentrée pour donner le 2-chloro-2méthylpropane. Ce type de réaction s’effectue rapidement en agitant le mélange à la
température ambiante.
Comme c’est le cas pour les composés halogénés, les réactions de substitution
nucléophile d’ordre 1 (S N 1) mènent à la formation d’un mélange racémique si et seulement si le carbone porteur de la fonction alcool est un carbone stéréogénique (C*) et
qu’il est le seul carbone chiral de la molécule (voir la section 9.4.3, p. 397).
Contrairement aux alcools tertiaires, les alcools primaires réagissent selon un mécanisme de substitution nucléophile d’ordre 2 (S N 2), car la formation d’un carbocation primaire instable n’est pas favorisée. Lorsqu’une solution d’acide chlorhydrique (un acide
fort) est employée, ce sont, par conséquent, les ions chlorure (Cl
−
) et hydronium (H 3 O
+
)
Figure 10.9
Réaction globale de la formation
d’un composé halogéné à partir
d’un alcool en présence d’un
acide halogéné
Pour favoriser une réaction
de substitution nucléophile
sur les alcools, les réactifs
utilisés doivent être de bons
nucléophiles, mais les plus
faiblement basiques possible. Dans une fonction
alcool, la charge partielle
positive (δ
+
) de l’hydrogène
de la liaison OOH est plus
grande que celle du carbone
de la liaison COO, puisque
la différence d’électronégativité (ΔÉn) de la liaison
OOH est plus élevée. Par
conséquent, l’hydrogène
peut subir préférentiellement l’attaque d’un
nucléophile menant à une
réaction acidobasique (voir
la section 10.3.2, p. 449)
plutôt qu’à une réaction de
substitution nucléophile, si
le nucléophile possède un
trop fort caractère basique
(p. ex. : RMgX, NH 2
−
, etc.).
REMARQUE
452 Chapitre 10 Alcools, phénols et thiols