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CH 5. Composés aromatiques
CH 5. Composés aromatiques
1. Structure du composé de base : le benzène
Les faits expérimentaux : Formule brute C
6 H 6: 4 insaturations La molécule ne décolore pas le brome : pas de liaison double au sens classique. La réaction avec le brome demande un catalyseur et il en sort un seul produit carboné C
6 H 5 Br : C 6 H 6 Br 2 C 6 H 5 BrHBrLes 6 H de la molécule sont équivalents.
On comprendra plus tard qu'il ne s'agit pas d'un équilibre entre ces deux formes.Resonance
Le benz ène est un hybride de rés onance entre deux formes extrêmes. Les 6 électrons de type ! s ont totalement délocalisés. Kékulé (Gand 1858) propose un cycle hexagonal régulier se présentant sous deux formes.
: BenzèneLa résonance donne à la molécule une stabilité particulière qui explique l'absence de réactivité face au brome. Les liens du cycle sont intermédiaires entre simple et double.
CCCCCC
1.54 Å 1.34 Å 1.39 Å Orbitales !
Liens C-C " sp
2 sp 2 ! p pLiens C-H " sp
2 s La stabilité particulière de la molécule est liée à l'ENERGIE DE RESONANCE.La réaction d'hydrogénation du cyclohexène est exothermique : l'ensemble moléculaire est stabilisé : en réduisant le lien double en cassant 1 lien H-H en formant 2 liens C-H
#H = - 119 kJ/mole E +H 2Lénergie de résonance est estimée en comparant les enthalpies dhydrogénation de dérivés cycliques.
Hydrogéner le 1,3 cyclohexadiène, conjugué, est un peu moins exothermique: #H = - 110.8 kJ/mole
E +H 2Estimation de l 'énergie de résonance
C'est la raison pour laquelle le benzène ne peut s'appeler " cyclohexatriène ». kJ/mole -111 -119 -103 E R = 127 kJ/mole -333 ? ? -206CH 5. Composés aromatiques
1. Structure du composé de base : le benzène 2. Nomenclature
CH 3 CH 2 H 3 C CH H 3 CCH 3 NO 2 NH 2 OH CH H 2 C Benzène Toluène Ethylbenzène Cumène Styrène Phénol Aniline Nitrobenzène Cl Cl Cl NO 2 Br OH Cl Cl Cl CH 3 CH 3 CH 3 CH 3 CH 3 CH 3ortho dichlorobenzène méta chloronitrobenzène para bromophénol ortho méta para Xylène (= diméthylbenzène) 1,2,4-trichlorobenzène
Biphényle
CH 2 CH 2Dibenzyle groupe phényle
C 6 H 5 groupe Benzyle CH 2 C 6 H 5 CH 2CH 5. Composés aromatiques
1. Structure du composé de base : le benzène 2. Nomenclature 3. Substitution électrophile aromatique
H H H H H H AB HB A H H H H H Br Cl Cl 2 FeCl 3 Br 2 FeBr 3 R RCl AlCl 3 NO 2 HNO 3 H 2 SO 4 OR RCOCl AlCl 3Le mécanisme : Le réactif devient plus électrophile grâce au catalyseur. Halogénation Nitration
ClCl FeCl 3 ClCl FeCl 3 = Cl FeCl 4 H 2 SO 4 HONO 2+ HSO 4 H 2 ONO 2 H 2 ONO 2+ cation nitroniumAlkylations
AlCl 3 +RClAlCl 3 RC OClAlCl
4 R+ carbocation AlCl 4+RC O cation acylium Acylation de Friedel CraftsLa réaction comporte deux étapes :
1ère
étape :
Le cation benzénonium formé est délocalisé, mais il n'est plus aromatique : il possède encore une énergie de résonance, mais il a perdu le caractère annulaire de cette résonance. addition
E EH intermédiaire de WhelandLe cation benzénonium formé est délocalisé, mais il n'est plus aromatique : il possède encore une énergie de résonance, mais il a perdu le caractère annulaire de cette résonance. Le carbone sp
3 rompt la circulation annulaire des électrons ! E H EH EHEH 2ème
étape :
La résonance annulaire est récupérée. élimination EH E HADDITION + ELIMINATION =
SUBSTITUTION
1ère
étape :
addition 2ème
étape :
élimination
E EH EH E H : Substitution électrophile aromatiqueLe mécanisme dans le cas de la chloration : Activation du réactif 1ère étape 2ème étape
ClCl FeCl 3Cl FeCl
4 Cl FeCl 4 FeCl 4 Cl H+ FeCl 4 Cl H+ ClHClFeCl
3Le point de vue énergétique :
Energie
Cl Cl H ClAvancement de la réaction
HLa régiochimie de la substitution électrophile : Les groupements déjà présents sur le cycle benzénique déterminent la position des nouveaux substituants.
CH 3 CH 3 NO 2 CH 3 NO 2 HNO 3 H 2 SO 4 NO 2NO 2 NO 2 HNO 3 H 2 SO 4 ortho para méta La régiochimie de la substitution électrophile : O R O R O R O RLes substituants possédant une ou plusieurs paires électroniques libres sur l'atome porté par le noyau aromatique sont donneurs d'électrons par effet mésomère : effet +M.
Comme le montrent les formules de résonance, les positions ortho et para sont enrichies en électrons: elles seront donc attaquées
préférentiellement par un réactif électrophile. N OO N OO N OO N OOLes substituants dont l'atome porté par le cycle ne possède pas de paire libre peuvent être capteurs d'électrons ! du noyau par effet mésomère : effet -M. Les formules de résonance montrent que les positions ortho
et para sont appauvries en electrons:les positions méta seront attaquées péréférentiellement par un réactif électrophile.Régiochimie et résonance
Br SL'attaque du réactif électrophile en ortho et para d'un substituant mène à un cation intermédiaire présentant une fraction de charge positive sur le carbone directement lié au groupement S.
S H Br S H Br S H Br ortho para méta S BrH S BrH S BrH S H BRquotesdbs_dbs1.pdfusesText_1