1.3. Hydrolyse des dérivés d`acide

Molécules et matériaux organiques
Partie 1. Addition nucléophile suivie d’élimination (AN + E)
1.3. Hydrolyse des dérivés d’acide
Objectifs du chapitre
→ Notions à connaître :
 Hydrolyses acide et basique des esters et des amides : conditions opératoires.
 Mécanisme limite de la saponification.
→ Capacités exigibles :
 Justifier le choix des conditions opératoires d’hydrolyse.
L’idée générale de ce chapitre est d’identifier les conditions permettant de revenir à l’acide carboxylique à partir des groupes
dérivés, esters et amides.
Hydrolyse :
Hydratation :
L’hydrolyse d’un dérivé d’acide reforme l’acide carboxylique correspondant.
La chaîne carbonée n’est pas modifiée : même nombre de C, associés de la même façon.
Préparation
Acide carboxylique
Dérivé d’acide
Hydrolyse
Problématique :
Quelles sont les conditions opératoires à privilégier pour réaliser l’hydrolyse des dérivés
d’acides avec un rendement optimal ?
-1-
Expl d’hydrolyses d’esters et d’amides :
1. Hydrolyse des esters des esters
1.1. Problèmes à dépasser ?
A quelles difficultés est-on confrontés lorsque l’on souhaite faire agir l’eau sur un ester ?
Quelles solutions peut-on envisager ?
Est-ce intéressant ou possible de combiner ces solutions ?
-2-
1.2. Hydrolyse basique des esters
Cette réaction est utilisée depuis l’Antiquité pour la fabrication des savons qui sont des sels de carboxylates d’acides gras. De ce
fait, l’hydrolyse basique des esters est souvent appelée saponification.
Expl :Fabrication d’un savon à partir d’un corps gras (triglycéride) et de soude (cendres)
Equation de la saponification :
L’ion hydroxyde agit-il en tant que catalyseur ? Rappeler son rôle ici.
Pourquoi n’obtient-on pas l’acide carboxylique mais l’ion carboxylate ?
Comment récupérer l’acide carboxylique ?
-3-
Mécanisme de la réaction
 Voir sujet le DM n°1 (Centrale 2014) pour retrouver les preuves historiques ayant conduit à choisir ce mécanisme
 Addition nucléophile de l’ion hydroxyde HO- sur l’ester (sans activation, car HO- est assez nucléophile)
 Elimination d’un alcoolate R’O-pour reformer la double liaison C=O
 Réaction acide-base quasi-totale entre l’acide carboxylique et l’alcoolate R’O- (base forte)
Evaluer la constante d’équilibre de la dernière étape. Quelle est son influence sur l’ensemble de la réaction ?
Caractéristiques de la saponification et solutions en cas de problème
Remarque : En remplaçant HO- par un alcoolate R’’O-, on peut modifier sur l’ester R-CO-OR’, la partie provenant de l’alcool R’OH
par celle d’un alcool différent R’’OH. Cela s’appelle une transestérification.
2
O
1
+
1
O
O
1
O
O
-4-
1
+
2
O
1.3. Hydrolyse acide des esters
Rappeler le rôle du milieu acide pour cette réaction.
Equation de l’hydrolyse acide des esters :
Mécanisme de la réaction
 Activation électrophile de l’ester par l’acide,
 Addition nucléophile de l’eau,
 Prototropie pour avoir l’élimination d’un alcool (pKA ≈ -2) au lieu d’un alcoolate (pKA ≈ 18)
 Elimination de l’alcool pour reformer la double liaison C=O,
 Régénération du catalyseur.
H
O
H3C
C
+ H
H3C
OCH3
OH
H3C
+
C
H3C
C
OCH3
OH
H3C
H3C
C
O
C
H3C O H
OCH3
H
OH
Prototropie
H3C
H
C
O
H
H3C O H
H
OH
H3C
C
O
OCH3
H
O
H3C
C
OCH3
OH
H
AN
H2O
OH
O
Protonation
OH
E
O
- CH3OH
C
H3C
O
OH
- H+
Caractéristiques de l’hydrolyse acide des esters et solutions en cas de problème ?
-5-
H3C
C
OH
2. Hydrolyse des amides
Hydrolyse acide des amides
Bilan :
O
H3C
O
C
+ H3O
H3C
+ NH4
C
NH2
OH
Caractéristiques :
 Réaction limitée ;
 Réaction très lente
 L’acide H3O+ est un réactif (pas uniquement un catalyseur)
Mécanisme : 5 étapes
o Activation électrophile de l’amide par l’acide,
o Addition nucléophile de l’eau,
o Prototropie pour avoir l’élimination d’une amine (pKA ≈ 10) au lieu d’un amidure (pKA ≈ 35)
o Elimination de l’amine pour reformer la double liaison C=O,
o Régénération du catalyseur.
H
O
H3C
+ H+
C
protonation
H3C
H3C
C
NH2
+
C
NH2
H2O
H3C
C
C
H
OH
prototropie
O
H3C
C
O
NH3
H
NH2
O
NH2
H
OH
H
OH
AN
NH2
H3C
H
OH
H3C
O
E
C
O
H
+
C
H
N
OH
H3C
NH3
H
H
H
O
O
A/B
+
C
H3C
OH
C
NH2
OH
H3C
OH
O
H
N
H3C
H
+ NH4
C
OH
H
-6-
H
Hydrolyse basique des amides
Bilan :
O
H3C
O
-
C
+ H0
H3C
C
NH2
+ NH3
O-
Caractéristiques :
 Réaction totale (rendement  95 %) ;
 Réaction très lente (nécessité de chauffer à reflux)
 HO- est ici un réactif
Mécanisme : 3 étapes :
o Addition nucléophile de l’ion hydroxyde HO- sur l’amide (sans activation, car HO- est assez
nucléophile)
o Elimination d’un amidure pour reformer la double liaison C=O
o Réaction acide-base quasi-totale entre l’acide carboxylique et l’amidure
O
H3C
+
C
O
AN
HO
H3C
C
NH2
NH2
O
H
O
E
H3C
C
OH
H3C
O
H
H
H
O
N
C
O
N
+
C
NH2
H3C
OH
H
O
A/B
H
H3C
+
C
NH3
O
La réaction a/b est totale et déplace les équilibres dans le sens de la formation de du carboxylate  le
processus est non renversable
La réaction reste néanmoins lente et nécessite un chauffage à reflux important.
L’hydrolyse (acide ou basique) des amides nécessite des conditions plus dures que celle des esters (chauffage prolongé) car
les amides sont encore moins réactifs que les esters vis-à-vis des réactifs nucéophiles.
-7-
3. Hydrolyse des autres dérivés d’acide
Ecrire le bilan de la réaction d’hydrolyse d’un chlorure d’acyle et celle d’un anhydride d’acide.
Que peut-on prévoir concernant les conditions expérimentales nécessaires à ces conversions ?
Pourquoi ne trouve-t-on pas de chlorures d’acyle et d’anhydrides d’acide dans la nature ?
4. Séquence « préparation puis hydrolyse » en synthèse organique

Fonction de protection des alcools
Protection :
O
O
H+
C
+ ROH
H3C
+ H2O
Réactions…

Déprotection :
O
+ HO
OR'
+ RNH2
C
H3C
C

Réactions…

Déprotection :
O
+ R'OH
H3C
O
O
-
C
+ HO
NHR'
-8-
+ H2O
NHR
OH
O
-
C

C
OR

O
O
C
OH
H3C
Fonction de protection des amines
 Protection :
C
+ R'NH2
O
Pourquoi préfère-t-on réaliser la déprotection en milieu basique ?
Commenter les deux synthèses suivantes.

Synthèse 1 :
-9-

Synthèse 2 :
-10-
Protection des alcools qui peuvent être abordées avec le programme de PCSI :
Pour protéger un groupement hydroxyle, on peut le masquer temporairement sous forme d’éther benzylique ou d’hémi-acétal.
Exemple 1 : Protection d’alcool sous forme d’étheroxyde benzylique

Protection : (SN d’un alcoolate sur un bromure de benzyle)
R
OH
R
O
+ NaH
- H2
R
O
+
+ Na+
CH2

Réactions…

Déprotection : (hydrogénolyse)
CH2
O
R'
Br
CH2
H2
H
O
O
R
R' +
Pd/C
Exemple 2 : Protection d’alcool sous forme d’hémi-acétal au moyen du DHP (dihydropyrane)
-11-
+
Br
CH3