13.13: Acides carboxyliques en esters méthyliques : alkylation à l'aide de diazométhane

Les acides carboxyliques réagissent avec le diazométhane dans un solvant éther via une alkylation au niveau de l'atome d'oxygène du carboxylate pour donner des esters méthyliques de l'acide correspondant avec d'excellents rendements.

Le diazométhane est un gaz jaune ayant un point d'ébullition de −23 °C. Il est commodément préparé par l'action d'une base sur la N-méthyl-N-nitrosourée ou le N-méthyl-N-nitrosotoluènesulfonamide.

Le mécanisme d'estérification implique la protonation du diazométhane par l'acide carboxylique pour produire un sel carboxylate et un cation méthyldiazonium. Le cation méthyldiazonium est très instable en raison de la présence de N≡N, qui fonctionne comme un excellent groupe partant.

Dans l'étape finale d'alkylation, une attaque S_N2 sur l'ion méthyldiazonium par l'anion carboxylate produit un ester méthylique, ainsi que l'élimination du gaz N₂.

Cependant, le diazométhane est un gaz potentiellement explosif et nécessite des précautions lors de sa manipulation et de son stockage. Il subit une détonation spontanée au contact de surfaces rugueuses ou rayées. Par conséquent, la verrerie polie à la flamme et un écran anti-souffle sont souvent recommandés dans les réactions impliquant du diazométhane. De plus, le diazométhane est hautement toxique et cancérigène.

Le diazométhane se décompose en présence de chaleur ou de lumière pour générer des carbènes et éliminer l'azote.

Les acides carboxyliques, lorsqu’ils sont traités avec du diazométhane, subissent une alkylation pour produire des esters méthyliques.

Le diazométhane, un gaz de couleur jaune généré à partir de précurseurs tels que le N-méthyl-N-nitrosourée et d’une base, est un hybride de résonance de trois structures dipolaires.

Mécaniquement, le diazométhane est protoné par l’acide carboxylique pour générer un anion carboxylate et un cation méthyldiazonium.

Le cation méthyldiazonium est une espèce extrêmement instable porteuse de diazote – un excellent groupe de départ.

Ensuite, l’anion carboxylate nucléophile attaque le cation méthyldiazonium via un mécanisme S_N2 pour produire des esters méthyliques avec libération simultanée d’azote gazeux.

Notez que l’estérification se fait via l’oxygène carboxylique nucléophile de l’acide carboxylique. En revanche, l’estérification de Fischer catalysée par l’acide implique un carbone carbonyle électrophile qui finit par réagir avec le groupe alcoxy nucléophile de l’alcool.

L’une des applications de l’alkylation par le diazométhane est de détecter la cocaïne dans un échantillon d’urine. Ici, la benzoylecgonine, un métabolite urinaire de la cocaïne, est convertie en un ester méthylique plus approprié pour être détecté par analyse par spectrométrie de masse.

Methyl ester formation – Carboxylic acids react with diazomethane to form methyl esters. Diazomethane – A yellow, explosive, carcinogenic gas used for esterification. SN2 alkylation – Carboxylate ion attacks methyldiazonium to form ester and release N₂. Methyldiazonium ion – Unstable intermediate with N≡N as a leaving group. Safety precautions – Diazomethane must be handled with flame-polished glassware and a blast shield.

Define the Reaction – Describe how diazomethane reacts with carboxylic acids to form esters (e.g., methyl ester) Identify Key Intermediates – Recognize the role of methyldiazonium and carboxylate in the mechanism (e.g., methyldiazonium) Explain Product Formation – Show SN2 attack yields methyl ester and N₂ elimination (e.g., SN2) Explain Mechanism or Process – Outline proton transfer, ion formation, and nucleophilic attack Apply in Context – Handle diazomethane with care due to its toxicity, explosiveness, and carcinogenic nature

What is the role of methanol in diazomethane-based methyl ester formation? How does SN2 alkylation with diazomethane produce methyl esters from carboxylic acids? What safety precautions are necessary when using diazomethane for ester synthesis?

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