Stéréochimie et réactivité 1. Définitions – Exemples série acyclique 1.1. Réactions stéréospécifiques

Stéréochimie et réactivité

1. Définitions – Exemples série acyclique

1.1. Réactions stéréospécifiques


De par le mécanisme, on ne peut obtenir qu’un seul type de stéréoisomères,La configuration du réactif de départ impose la configuration du ou des produits obtenus

Additions sur un alcène

C CA B

E D

Br2C C

Br

BrE

DA

B

C C

Br

Br

D

EA

B+ Addition anti

Addition synC C

A B

E D

KMnO4 / H2OC C

HO

DE

BA

OH

+ C C

A BE D

HO OH

Addition anti

C CA B

E D

1) RCO3HC C

HO

OHE

DA

B

C C

HO

OH

D

EA

B2) NaOH/H2O

+

C CA B

E D

O

C CA B

E D

+

O

Substitution nucléophile SN2

GP

C

AB

D

Nu

Nu

CA

D

B+ GP

Elimination E2 anti

C C

H

GPH et GP en anti

+ H-GPBase et/ou

C C

Inversion de Walden

Chapitre 3 - Stéréochimie et réactivité

1. Définitions - Rappels


1.2. Réactions stéréosélectives


A partir d’un produit quelconque, avec ou sans stéréochimie particulière, on obtient certains (ou un) des stéréoisomères possibles de façon majoritaire.

OH

RCO3H

OH

O

OH

O+

92 % 8 %

O

CH3 CH3

CH3

1) MeLi

2) hydrolyseOH

CH3 CH3

CH3

Me

Me

CH3 CH3

CH3

OH

+

100% 0%





2. Elimination E2 anti des halogénocyclohexanes

H

X

KOH concentré

EtOH, + KX + H2O

Exemple du 1-chloro-2-méthylcyclohexane, cis et trans

* Données expérimentales

E2 antiCl

CH3

isomère cis

CH3

1CH3

+

2Régioisomère

majoritaire

E2 antiCl

CH3

isomère trans

CH3

2

uniquement

H

HH

H

HH

RCl + KOH

21

Cl

CH3

H

H

H

* Explication prenant en compte la conformation des halogénocyclohexanes

Dérivé cis

Cl

HH

CH3

H

H

E2

CH3

1

CH3

+

2Majoritaire(Zaïtsev)

Pas d’élimination d’HCl possible

La conformation réactive est « consommée » lors de la réaction, déplaçant l’équilibre d’interconversion jusqu’à quasi-épuisement du dérivé chloré

ANTI

Cl

CH3

H

H

H

H

Cl

CH3

Cl

HCH3

HH

H

E2 anti

CH3

2

Pas d’élimination d’HCl possible

Seul possible

Conformationlargement majoritaire

Dérivé transCl

CH3

Remarque : le résultat obtenu signe une E2




3. Additions sur le cyclohexène

3.1. Addition de Br2

H

H

H

H

Br

Br

Br

HBr

H


Br

Br

Br

Br

+

RR SS

aaee

À l’équilibre : 75 % de aa dans CCl4

La seule conformation obtenue par la réaction = aa, puis interconversion

Br2

CCl4Br

Br

Ouverture transdiaxiale des cycles accolés à un cyclohexane (règle de Fürst-Plattner)






3.2. Dihydroxylation anti

H

H

H

H

OH

OH

OH

HOH

H

3.2. Dihydroxylation anti

OH

OH

1) RCO3H

2) H2O (+ NaOH)

OH

OH

+

RR SS

aa ee

Seul aa est obtenu suite à la réaction, puis interconversion : ee plus stable, majoritaire à l’équilibre

Liaison H : pseudo-cycle à 5





4. Additions nucléophiles sur la cyclohexanone et ses dérivés

Etude de la réaction d’addition de deux nucléophiles : H- (LiAlH4) et CH3Li, sur

Ot-Bu

la 4-t-butylcyclohexanone

conformation verrouillée

4. AN sur cyclohexanone et dérivés

Ces réactions sont totales et irréversibles : contrôle cinétique

Le produit d’addition majoritaire sera le plus vite formé, pas forcément le plus stable

t-Bu

Nu

OH

t-Bu

OH

Nu

t-Bu / OH trans

t-Bu / OH cis

Données expérimentales :

LiAlH4

t-Bu

O

puis hydrolyset-Bu

OH

+t-Bu

OH

trans 90% cis 10%

CH3Li

t-Bu

O

puis hydrolyset-Bu

OH+

t-Bu

OH

35% 65%

CH3

CH3

Soit :O

t-Bu t-Bu OH

H

t-Bu H

OH

LiAlH4

puis hydrolyse

trans 90%

+

cis 10%

Soit :

O

t-Bu t-Bu OH

CH3

t-Bu CH3

OH

CH3Li

puis hydrolyse

35 %

+

65%

H

H

H

HO

H

t-Bu

H

H

H

H

H

H

OH

NuH

H

Nu

OH

Nu

Attaque axiale

Attaque équatoriale

Nu

Ce qui peut gêner l’attaque axiale : gêne stérique des substituants axiaux en 3 et 5 (H ici) : H/H négligeables, CH3/H plus importante

Ce qui peut gêner l’attaque équatoriale : état de transition éclipsé de C-O et C-R, avec R=H ici

Angle de Bürgi-Dunitz

Nu = H, 10%Nu = H, 90%

Nu = CH3, 35% Nu = CH3, 65%

Exercice d’application :La (5R)-3,3,5-triméthylcyclohexanone est un composé à conformation verrouillée.

OCH3

CH3

CH3

OCH3

H3C

H3C

H

X OCH3

CH3

H

CH3

Exercice d’application :

O

t-Bu

1) LiAlH4

2) hydrolyse

OH

t-Bu+

OH

t-Bu90% 10%

On donne :

OCH3

CH3

CH3

OHCH3

CH3

CH3

+

60%

OHCH3

CH3

CH3

40%

1) LiAlH4

2) hydrolyse

Commenter ces résultats

1) Identification des réactions : réduction d’une cétone en alcool par LiAlH4 donneur d’’hydrures = AN sur dérivés de cyclohexanone, réaction sous contrôle cinétique

2) De par le mécanisme, chacune des deux réactions peut conduire à un mélange de deux isomères de configuration, d’où les produits obtenus en mélange

3) Les deux isomères de configuration sont obtenus avec des pourcentages différents : ces réactions sont stéréosélectives

O

t-Bu puis hydrolyset-Bu OH

H

trans 90%

+t-Bu H

OH

cis 10%

LiAlH4

OCH3

H3C

H3C

H

CH3

H3C

H3C

HOH

H

CH3

H3C

H3C

HH

OH +

60%40%

LiAlH4

puis hydrolyse

L’attaque axiale est largement majoritaire

L’explication de la stéréosélectivité passe par les conformations possibles de la cyclohexanone etl’examen des différentes attaques possibles du nucléophile (ne pas raisonner sur la stabilité des produits obtenus…)

HH

Attaque axiale


Attaque axiale


Attaque équatoriale majoritaire

Rq : on ne peut pas « deviner » quel sera le produit majoritaire, mais on peut expliquer le résultat






5. En série stéroide

5.1. Halogénation en position 9

5.1. Halogénation en

CH3

CH3HO

11

9

CH3

CH3HO

Br

stéréosélectivement

?

H2SO4, CH3

CH3

Déshydratation régiosélective

CH3

CH3

Br

Br+OH-

(Br2 + H2O)

OH

Ion ponté bromoniumstéréosélectivement sur face

SN2 anti

H

H

Ouverture trans-diaxiale

a

a

a






5. En série stéroide

5.1. Halogénation en position 9

5.2. Dihydroxylation en 2,3

5.2. Dihydroxylation en 2,3

CH3

CH3R

CH3

O

KMnO4 dilué

CH3

OH

HO

HO

e

a

CH3HO

HO

a

a

1) RCO3H

2) H2O ou OH-

2

3

Trans : stéréospécifique

Cis exclusivement : stéréospécifique

Sur face très majoritairement : stéréosélectif

Ouverture anti

très majoritaireface : stéréosélectif

transdiaxiale

Exercice examen 2004 – 1ère session (5 points sur 30) :

Exercice 3 (5 points)Selon sa configuration, le 2-bromo-4-t-butyl-3-méthylcyclohexanol a un comportement différent en milieu basique. Le stéréoisomère (1R,2R,3S,4S) A conduit au (1S,2S,3S,6R)-3-t-butyl-2-méthyl-7-oxabicyclo[4.1.0]heptane C, tandis que le stéréoisomère (1S,2R,3S,4S) B conduit à la (3R,4S)-4-t-butyl-3-méthylcyclohexanone.

OH

Brt-Bu

CH3

A

OH

Brt-Bu

B

CH3

Expliquer ces deux réactions en proposant un schéma concis de leur mécanisme (utiliser pour cela les représentations en perspective des formes chaise de A et de B), et donner la structure de C.

Exercice examen 2004 – 1ère session :

OH

Brt-Bu

A

CH3

t-Bu

CH3

O

C

OH

Brt-Bu

B

CH3t-Bu

CH3

O

Br

O

Hsoit

base

t-Bu

HH

HH

Br

OHCH3

t-Bu

HH

H

H

Br

OH

CH3

soitbase

t-Bu

CH3

OH

énol cétone

A partir des données de l’énoncé (cf nomenclature), en milieu basique :

Identification des réactions

t-Bu

H

O

1

CH3

Donner l’allure de la courbe de variations d’énergie lors de la réaction suivante :

t-Bu O

CH3

t-Bu OH

CH3

t-Bu OH

CH3

1) LiAlH4

2) H2O

+

majoritaire

1

2

3

1 + LiAlH4

t-Bu

H

2

OH

HH

CH3t-Bu

H

3

OH

+H

majoritaire

CH3

23

Donner la structure et expliquer la formation stéréosélective de B

1) LiAlH4

2) H2O

CH3

H

RCO3H

A

B Alcool C

Donner la structure et expliquer la formation régiosélective et stéréosélective de CCH3

H B

O

Formation stéréosélective de B : L’epoxyde se fait majoritairement par le dessous de la double liaison car CH3 gêne l’approche par le dessus

B

CH H

H

O

H

HC

H HH

H

H

O

Attaque anti(SN2)Ouverture trans diaxiale

(règle de Fürst-Plattner)

C

CH3

H

OH

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Stéréochimie et réactivité 1. Définitions – Exemples série acyclique 1.1. Réactions stéréospécifiques