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Chimie des éther et des époxydes

Définitions

Éther
Les éthers sont des composés organiques de formule générale R-O-R', où R et R' peuvent être des groupes alkyles ou aryles. Exemple : Le diméthyléther (CH₃-O-CH₃) et l'éther diéthylique (CH₃CH₂-O-CH₂CH₃).
Époxyde
Un époxyde est un type d'éther cyclique ayant un cycle à trois atomes, dont un atome d'oxygène. En raison de la contrainte de l'anneau, les époxydes sont très réactifs.

Synthèse :

Méthode de Williamson :

  • R-O⁻ (ion alcoolate) + R'-X (halogénure) → R-O-R' + X⁻.
  • Réaction de substitution nucléophile, nécessitant une base forte pour former l'alcoolate.
  • Exemples : Synthèse d'éthers symétriques ou mixtes.
  • Conditions :
  • Milieu : Basique (nécessaire pour former l'alcoolate).
  • Réactifs :
  • Ion alcoolate : Préparé à partir d’un alcool et d’une base forte (ex. NaH, NaOH, ou K₂CO₃).
  • Halogénure d’alkyle primaire ou secondaire.
  • Solvant : Généralement apolaire ou peu polaire, comme l’éthanol ou le THF.
  • Température : Modérée pour éviter des réactions parasites (ex. élimination E2).
  • Remarques :
  • Cette méthode est moins efficace avec des halogénures tertiaires en raison de la compétition avec l'élimination.


Déshydratation des alcools :

  • 2 R-OH (alcools) → R-O-R (éther) + H₂O (en milieu acide, température modérée).
  • Conditions :
  • Catalyseur : Acide fort comme H₂SO₄ ou H₃PO₄.
  • Température : Environ 140 °C (pour favoriser la formation d’éthers, au lieu de 170 °C, qui favorise la formation d’alcènes).
  • Exemples courants : Synthèse de l'éther diéthylique à partir de l'éthanol.
  • Remarques :
  • Méthode limitée aux alcools primaires pour éviter les produits d'élimination (alcènes).



Réactions

Clivage des Éthers par des Acides Forts (HBr ou HI)

  • Réaction générale :
  • R-O-R' + HX → R-X + R'-OH
  • Conditions :
  • Acide fort : HBr ou HI, en solution concentrée.
  • Température : Élevée (souvent au-delà de 100 °C).
  • Solvant : Souvent un milieu aqueux ou alcoolique.
  • Mécanisme :
  • Protonation de l'éther :
  • L’atome d’oxygène de l’éther est protoné par l’acide, ce qui rend la liaison C-O plus labile.
  • R-O-R' + H⁺ → [R-O⁺-R']
  • Clivage de la liaison C-O :
  • Si l’un des groupes (R ou R') est primaire ou secondaire, une réaction de substitution nucléophile (SN2) se produit avec X⁻.
  • Si l’un des groupes est tertiaire ou benzylique, la réaction passe par un mécanisme SN1 avec formation d’un carbocation intermédiaire.
  • Produits :
  • R-X (halogénure d’alkyle ou aryle).
  • R'-OH (alcool).
  • Exemples :
  • (CH₃)₃C-O-CH₃ + HI → (CH₃)₃C-I + CH₃OH
  • C₆H₅-O-CH₂CH₃ + HBr → C₆H₅Br + CH₃CH₂OH


Clivage des Éthers par des acides de Lewis

  • Plus puissant que HX, employé pour les éthers peu réactifs, type ArOMe.
  • Réaction générale :
  • R−O−R′ + Acide de Lewis + Nucléophile → R−Nu + R′−OH
  • Conditions :
  • Acide de Lewis utilisé :
  • BF₃, AlCl₃, TiCl₄, ZnCl₂.
  • Solvant :
  • Solvants apolaires ou peu polaires (ex. dichlorométhane, THF).
  • Solvants anhydres pour éviter la dégradation prématurée de l'acide de Lewis.
  • Température :
  • Modérée à élevée, généralement entre 0 °C et 100 °C selon les réactifs.
  • Nucléophile :
  • Présence d’un nucléophile (halogénure Cl⁻ ou Br⁻, ou parfois H₂O).
  • Rapport molaire :
  • Excès d’acide de Lewis par rapport à l’éther (souvent 1:2 ou 1:3).
  • Exemple : Clivage de l’éther méthylique avec AlCl₃ et H₂O
  • Réaction :
  • CH3​−O−CH3​+AlCl3​+H2​O→CH3​OH+CH3​Cl
  • Conditions :
  • Acide de Lewis : AlCl₃.
  • Solvant : Dichlorométhane (CH₂Cl₂).
  • Température : 25-50 °C.
  • Nucléophile : H₂O pour former un alcool.

A retenir :

  • 2 méthodes de synthèses
  • Méthode de Williamson :
  • R-O⁻ (ion alcoolate) + R'-X (halogénure) → R-O-R' + X⁻.
  • Déshydratation des alcools :
  • 2 R-OH (alcools) → R-O-R (éther) + H₂O (en milieu acide, température modérée).
  • 2 méthodes de clivages
  • Clivage des Éthers par des Acides Forts (HBr ou HI)
  • R-O-R' + HX → R-X + R'-OH
  • Clivage des Éthers par des acides de Lewis
  • R−O−R′ + Acide de Lewis + Nucléophile → R−Nu + R′−OH

Chimie des éther et des époxydes

Définitions

Éther
Les éthers sont des composés organiques de formule générale R-O-R', où R et R' peuvent être des groupes alkyles ou aryles. Exemple : Le diméthyléther (CH₃-O-CH₃) et l'éther diéthylique (CH₃CH₂-O-CH₂CH₃).
Époxyde
Un époxyde est un type d'éther cyclique ayant un cycle à trois atomes, dont un atome d'oxygène. En raison de la contrainte de l'anneau, les époxydes sont très réactifs.

Synthèse :

Méthode de Williamson :

  • R-O⁻ (ion alcoolate) + R'-X (halogénure) → R-O-R' + X⁻.
  • Réaction de substitution nucléophile, nécessitant une base forte pour former l'alcoolate.
  • Exemples : Synthèse d'éthers symétriques ou mixtes.
  • Conditions :
  • Milieu : Basique (nécessaire pour former l'alcoolate).
  • Réactifs :
  • Ion alcoolate : Préparé à partir d’un alcool et d’une base forte (ex. NaH, NaOH, ou K₂CO₃).
  • Halogénure d’alkyle primaire ou secondaire.
  • Solvant : Généralement apolaire ou peu polaire, comme l’éthanol ou le THF.
  • Température : Modérée pour éviter des réactions parasites (ex. élimination E2).
  • Remarques :
  • Cette méthode est moins efficace avec des halogénures tertiaires en raison de la compétition avec l'élimination.


Déshydratation des alcools :

  • 2 R-OH (alcools) → R-O-R (éther) + H₂O (en milieu acide, température modérée).
  • Conditions :
  • Catalyseur : Acide fort comme H₂SO₄ ou H₃PO₄.
  • Température : Environ 140 °C (pour favoriser la formation d’éthers, au lieu de 170 °C, qui favorise la formation d’alcènes).
  • Exemples courants : Synthèse de l'éther diéthylique à partir de l'éthanol.
  • Remarques :
  • Méthode limitée aux alcools primaires pour éviter les produits d'élimination (alcènes).



Réactions

Clivage des Éthers par des Acides Forts (HBr ou HI)

  • Réaction générale :
  • R-O-R' + HX → R-X + R'-OH
  • Conditions :
  • Acide fort : HBr ou HI, en solution concentrée.
  • Température : Élevée (souvent au-delà de 100 °C).
  • Solvant : Souvent un milieu aqueux ou alcoolique.
  • Mécanisme :
  • Protonation de l'éther :
  • L’atome d’oxygène de l’éther est protoné par l’acide, ce qui rend la liaison C-O plus labile.
  • R-O-R' + H⁺ → [R-O⁺-R']
  • Clivage de la liaison C-O :
  • Si l’un des groupes (R ou R') est primaire ou secondaire, une réaction de substitution nucléophile (SN2) se produit avec X⁻.
  • Si l’un des groupes est tertiaire ou benzylique, la réaction passe par un mécanisme SN1 avec formation d’un carbocation intermédiaire.
  • Produits :
  • R-X (halogénure d’alkyle ou aryle).
  • R'-OH (alcool).
  • Exemples :
  • (CH₃)₃C-O-CH₃ + HI → (CH₃)₃C-I + CH₃OH
  • C₆H₅-O-CH₂CH₃ + HBr → C₆H₅Br + CH₃CH₂OH


Clivage des Éthers par des acides de Lewis

  • Plus puissant que HX, employé pour les éthers peu réactifs, type ArOMe.
  • Réaction générale :
  • R−O−R′ + Acide de Lewis + Nucléophile → R−Nu + R′−OH
  • Conditions :
  • Acide de Lewis utilisé :
  • BF₃, AlCl₃, TiCl₄, ZnCl₂.
  • Solvant :
  • Solvants apolaires ou peu polaires (ex. dichlorométhane, THF).
  • Solvants anhydres pour éviter la dégradation prématurée de l'acide de Lewis.
  • Température :
  • Modérée à élevée, généralement entre 0 °C et 100 °C selon les réactifs.
  • Nucléophile :
  • Présence d’un nucléophile (halogénure Cl⁻ ou Br⁻, ou parfois H₂O).
  • Rapport molaire :
  • Excès d’acide de Lewis par rapport à l’éther (souvent 1:2 ou 1:3).
  • Exemple : Clivage de l’éther méthylique avec AlCl₃ et H₂O
  • Réaction :
  • CH3​−O−CH3​+AlCl3​+H2​O→CH3​OH+CH3​Cl
  • Conditions :
  • Acide de Lewis : AlCl₃.
  • Solvant : Dichlorométhane (CH₂Cl₂).
  • Température : 25-50 °C.
  • Nucléophile : H₂O pour former un alcool.

A retenir :

  • 2 méthodes de synthèses
  • Méthode de Williamson :
  • R-O⁻ (ion alcoolate) + R'-X (halogénure) → R-O-R' + X⁻.
  • Déshydratation des alcools :
  • 2 R-OH (alcools) → R-O-R (éther) + H₂O (en milieu acide, température modérée).
  • 2 méthodes de clivages
  • Clivage des Éthers par des Acides Forts (HBr ou HI)
  • R-O-R' + HX → R-X + R'-OH
  • Clivage des Éthers par des acides de Lewis
  • R−O−R′ + Acide de Lewis + Nucléophile → R−Nu + R′−OH
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