10.12: Préparation d'alcools via des réactions de substitution

Aperçu

Les alcools peuvent être synthétisés à partir des halogénures d'alkyle via des réactions de substitution nucléophile. La liaison carbone-halogène hautement polarisée dans le substrat fait du halogénure un bon groupe partant. L'ion hydroxyde ou l'eau peuvent agir comme un nucléophile pour prendre la place du halogénure et former un alcool. Les réactions de substitution se produisent via deux voies de réaction différentes, S_N1 ou S_N2, selon la nature du carbone attaché au halogénure.

Les alcools primaires sont synthétisés à partir de halogénures d'alkyle primaires, et la réaction se déroule via le mécanisme S_N2. Le nucléophile attaque le carbone porteur du halogène du côté opposé à la liaison carbone-halogène. Cependant, en présence d'un nucléophile fort, une réaction d'élimination concurrente se produit également.

Figure_1: Réactions parallèles du 1-bromobutane en produits de substitution et produits d'élimination (abstraction de proton).

La synthèse d'alcools secondaires à partir de halogénures d'alkyle secondaires via une réaction de substitution n'est pas favorisée car un mélange de produits est formé à partir des voies de réaction concurrentes S_N2 et E2.

Figure_2: Réactions parallèles du 2-bromo-3-méthylbutane en produits de substitution et produits d'élimination (abstraction de proton).

Les halogénures d'alkyle tertiaires subissent une réaction S_N1 avec une base faible comme l'eau pour produire des alcools tertiaires ainsi qu'une petite quantité d'alcène en raison d'une réaction d'élimination E2 concurrente.

Figure_3: Réactions parallèles des halogénures d'alkyle tertiaires en produits d'élimination et de substitution.

Si un nucléophile fort comme l'hydroxyde de sodium est utilisé, la réaction E1 domine sur la S_N1.

La nature du réactif détermine la stéréochimie du produit formé. Si le halogénure dans l'halogénure d'alkyle est lié à un carbone chiral, l'alcool résultant est un mélange de deux énantiomères.

Figure_4: Réaction de substitution sur un carbone asymétrique pour produire un mélange racémique d'alcools optiquement actifs comme produit.

Rappelez-vous les réactions de substitution nucléophile, où un groupe fonctionnel est substitué par un autre.

Ces réactions nécessitent un électrophile hybridé au sp³ avec un bon groupe partant et peuvent être utilisées pour synthétiser des alcools via un mécanisme S_N1 ou S_N2.

Les halogénures d’alkyle primaires, préférentiellement, subissent des réactions de substitution via le mécanisme S_N2 avec des nucléophiles puissants comme l’hydroxyde de sodium pour produire des alcools primaires. Le processus d’élimination E2 concurrent donne un alcène comme produit mineur.

La synthèse d’alcools secondaires à partir d’halogénures d’alkyle secondaires par substitution est moins favorable car les réactions d’élimination concurrentes conduisent à un mélange d’alcools et d’alcènes comme produits finaux.

Dans la synthèse d’alcools tertiaires, les halogénures d’alkyle tertiaires subissent des réactions de substitution via le mécanisme S_N1 avec des nucléophiles faibles comme l’eau.

Cependant, si l’eau est remplacée par un nucléophile fort comme l’hydroxyde de sodium, le substrat tertiaire favorise la réaction E2, produisant un alcène.

Si l’halogénure tertiaire est chiral, alors une réaction S_N1 donne un mélange racémique d’alcools tertiaires.

La réaction d’élimination concurrente peut être minimisée en appliquant une température relativement basse pour la synthèse des alcools dans une base faible ou un milieu neutre.