Chimie – CHO2 (Option Sciences / Option Sciences de la santé)

Chapitre 6 :
Réactions et mécanismes - 1 :
La Substitution Nucléophile (SN)
Dr. Marine PEUCHMAUR
Dr. Benjamin BOUCHERLE

Université Grenoble Alpes - Tous droits réservés

Présentation – Benjamin Boucherle

• Pharmacien, docteur en chimie organique

• Maître de conférences
• Enseignement à l’UFR de pharmacie
– Chimie thérapeutique, organique et pharmacognosie
• Recherche au Département de Pharmacochimie
Moléculaire (UGA/CNRS) – chimie organique et chimie
médicinale
– Conception et synthèse de composés bioactifs
– Extraction de produits naturels issus de plantes alpines
(phytochimie)
 Plan du cours

1. Considérations stéréochimiques

2. Deux mécanismes limites : SN1 et SN2

3. SN1 ou SN2 : influence de différents paramètres

 1. Considérations stéréochimiques

1.1. Régiosélectivité
1.2. Stéréosélectivité et stéréospécificité
1.1. Régiosélectivité

Une réaction est dite régiosélective si, à partir d’un substrat possédant plusieurs sites réactifs
potentiels, c’est-à-dire susceptible de conduire a priori à plusieurs produits isomères de position
ou de constitution, elle donne majoritairement l’un des produits isomère.
1.1. Régiosélectivité

Une réaction est dite régiosélective si, à partir d’un substrat possédant plusieurs sites réactifs
potentiels, c’est-à-dire susceptible de conduire a priori à plusieurs produits isomères de position
ou de constitution, elle donne majoritairement l’un des produits isomère.

Réaction régiosélective

Réaction non régiosélective

1.2. Stéréosélectivité et stéréospécificité

Une réaction, pouvant donner a priori plusieurs produits stéréoisomères mais conduisant
préférentiellement à un certain nombre de ces stéréoisomères, est dite stéréosélective.

Soit une réaction pouvant se faire à partir de réactifs stéréoisomères et susceptible de conduire
a priori à plusieurs produits stéréoisomères. Si, à partir d’un stéréoisomère réactif donné, la
réaction conduit majoritairement à un stéréoisomère produit donné, cette réaction sera
stéréospécifique.

Remarque : une réaction stéréospécifique est donc obligatoirement stéréosélective (la réciproque n’étant pas vraie).
1.2. Stéréosélectivité et stéréospécificité

Une réaction, pouvant donner a priori plusieurs produits stéréoisomères mais conduisant
préférentiellement à un certain nombre de ces stéréoisomères, est dite stéréosélective.

Soit une réaction pouvant se faire à partir de réactifs stéréoisomères et susceptible de conduire
a priori à plusieurs produits stéréoisomères. Si, à partir d’un stéréoisomère réactif donné, la
réaction conduit majoritairement à un stéréoisomère produit donné, cette réaction sera
stéréospécifique.

Remarque : une réaction stéréospécifique est donc obligatoirement stéréosélective (la réciproque n’étant pas vraie).

Exemples de réactions non Exemples de réactions

stéréosélectives stéréosélectives
R R+S R R

R S

(R,R) Z+E (R,R) E

1.2. Stéréosélectivité et stéréospécificité

Une réaction, pouvant donner a priori plusieurs produits stéréoisomères mais conduisant
préférentiellement à un certain nombre de ces stéréoisomères, est dite stéréosélective.

Soit une réaction pouvant se faire à partir de réactifs stéréoisomères et susceptible de conduire
a priori à plusieurs produits stéréoisomères. Si, à partir d’un stéréoisomère réactif donné, la
réaction conduit majoritairement à un stéréoisomère produit donné, cette réaction sera
stéréospécifique.

Remarque : une réaction stéréospécifique est donc obligatoirement stéréosélective (la réciproque n’étant pas vraie).

Exemples de réactions non Exemples de réactions

stéréosélectives stéréosélectives Exemples de réactions Exemples de réactions non
stéréospécifiques stéréospécifiques
R R+S R R
R R R R
R S S S S R
(R,R) Z+E (R,R) E (R,R) E (R,R) E
(S,S) Z (S,S) E
 2. Deux mécanismes limites : SN1 et SN2

2.1. Introduction
2.2. Substitutions Nucléophiles monomoléculaires (SN1)
2.3. Substitutions Nucléophiles bimoléculaires (SN2)
2.1. Introduction

Nu– : HO–, H2N–, RO–

Nu : H2O, RNH2, ROH

2.1. Introduction

Nu– : HO–, H2N–, RO–

Nu : H2O, RNH2, ROH

Il existe 2 mécanismes limites :

- les Substitutions Nucléophiles d’ordre 1 (SN1),
- les Substitutions Nucléophiles d’ordre 2 (SN2).
2.2. Substitutions Nucléophiles monomoléculaires (SN1)
A. Mécanisme

Equiprobabilité d’attaque du
k-1 nucléophile de part et d’autre du
d+ d– k1 plan du carbocation

Carbocation plan

k2
2.2. Substitutions Nucléophiles monomoléculaires (SN1)
A. Mécanisme

Equiprobabilité d’attaque du
k-1 nucléophile de part et d’autre du
d+ d– k1 plan du carbocation

Carbocation plan

k2

▪ Mécanisme en 2 étapes. Etape cinétiquement déterminante :

formation du C+. Cet acte cinétiquement déterminant est
monomoléculaire  SN1 monomoléculaire.
▪ Loi expérimentale de vitesse : v = k1 [RX]
2.2. Substitutions Nucléophiles monomoléculaires (SN1)
B. Exemples

Exemple 1 : Produit de départ achiral

1 seul composé
achiral
2.2. Substitutions Nucléophiles monomoléculaires (SN1)
B. Exemples

Exemple 1 : Produit de départ achiral

1 seul composé
achiral

Exemple 2 : Produit de départ chiral (1 C*)

3 3 3

1 1 1
4
* * 4 4
*
2 R S 2 2 R

2 énantiomères en mélange 50:50 (mélange racémique)

2.2. Substitutions Nucléophiles monomoléculaires (SN1)
B. Exemples

Exemple 1 : Produit de départ achiral

1 seul composé
achiral

Exemple 2 : Produit de départ chiral (1 C*)

3 3 3

1 1 1
4
* * 4 4
*
2 R S 2 2 R

2 énantiomères en mélange 50:50 (mélange racémique)

Exemple 3 : Produit de départ chiral (2 C*)

* * *
* * *
S,R S,R S,S
50 % 50 %
2 diastéréoisomères
2.2. Substitutions Nucléophiles monomoléculaires (SN1)
B. Exemples

Exemple 1 : Produit de départ achiral

1 seul composé
achiral
ø X
Exemple 2 : Produit de départ chiral (1 C*)
3 3 3

1 1 1
4
* * 4 4
*

S R X X X
2 R 2 2

2 énantiomères en mélange 50:50 (mélange racémique)

Exemple 3 : Produit de départ chiral (2 C*)

* * * X X
* * *
S,R S,R S,S
50 % 50 %
Ø : non applicable
2 diastéréoisomères
2.3. Substitutions Nucléophiles bimoléculaires (SN2)
A. Mécanisme

d+ d –

Liaisons ni tout à fait formée ni tout à fait rompues

▪ 2 molécules de réactif interviennent dans ce mécanisme en un seul acte élémentaire :

réaction bimoléculaire (SN2).
▪ Loi expérimentale de vitesse : v = k [RX] [Nu–]
 2.3. Substitutions Nucléophiles bimoléculaires (SN2)
A. Mécanisme

d+ d –

Liaisons ni tout à fait formée ni tout à fait rompues

▪ 2 molécules de réactif interviennent dans ce mécanisme en un seul acte élémentaire :

réaction bimoléculaire (SN2).
▪ Loi expérimentale de vitesse : v = k [RX] [Nu–]
▪ Nu– attaque du côté opposé à X pour
minimiser les répulsions électrostatiques
 inversion de Walden que l’on comprend
aisément à travers la représentation du
complexe activé.

D’après : http://dailyscience.be/23/12/2014/la-chimie-organique-en-bd/
 2.3. Substitutions Nucléophiles bimoléculaires (SN2)
A. Mécanisme

d+ d –

Liaisons ni tout à fait formée ni tout à fait rompues

▪ 2 molécules de réactif interviennent dans ce mécanisme en un seul acte élémentaire :

réaction bimoléculaire (SN2).
▪ Loi expérimentale de vitesse : v = k [RX] [Nu–]
▪ Nu– attaque du côté opposé à X pour
minimiser les répulsions électrostatiques
 inversion de Walden que l’on comprend
aisément à travers la représentation du
complexe activé.
▪ Les réactions de substitutions nucléophiles sont exothermiques.
▪ Ea faible  pas besoin de chauffer
D’après : http://dailyscience.be/23/12/2014/la-chimie-organique-en-bd/
2.3. Substitutions Nucléophiles bimoléculaires (SN2)
B. Exemples

Exemple 1 : Produit de départ achiral

2.3. Substitutions Nucléophiles bimoléculaires (SN2)
B. Exemples

Exemple 1 : Produit de départ achiral

Exemple 2 : Produit de départ chiral (1 C*) – inversion de configuration

3 3

1 1
4 * * 4

R S
2 2
2.3. Substitutions Nucléophiles bimoléculaires (SN2)
B. Exemples

Exemple 1 : Produit de départ achiral

Exemple 2 : Produit de départ chiral (1 C*) – inversion de configuration

3 3 4 4

1 1 1 1
4 * * 4 3 * * 3

R S S R
2 2 2 2
2.3. Substitutions Nucléophiles bimoléculaires (SN2)
B. Exemples

Exemple 1 : Produit de départ achiral

Exemple 2 : Produit de départ chiral (1 C*) – inversion de configuration

3 3 4 4

1 1 1 1
4 * * 4 3 * * 3

R S S R
2 2 2 2

Exemple 3 : Produit de départ chiral (1 C*) – sans inversion de configuration

3 3

1 2
4
* * 4

2 R R 1

L’inversion de Walden peut impliquer l’inversion de configuration du centre

asymétrique sur lequel a lieu la réaction, mais ce n’est pas obligatoire.
2.3. Substitutions Nucléophiles bimoléculaires (SN2)
B. Exemples

Exemple 1 : Produit de départ achiral

ø ø X ø

Exemple 2 : Produit de départ chiral (1 C*) – inversion de configuration

3 3

1 1
4 * * 4
X X X X X X
R S
2 2

Exemple 3 : Produit de départ chiral (1 C*) – sans inversion de configuration

3 3

1 2
4
* * 4 X X X X X
2 R R 1

L’inversion de Walden peut impliquer l’inversion de configuration du centre Ø : non applicable

asymétrique sur lequel a lieu la réaction, mais ce n’est pas obligatoire.

3. SN1 ou SN2 : influence de différents paramètres
SN1 SN2
Influence du C portant le groupement partant (nucléofuge)
SN1 favorisée par la stabilité du carbocation : Attaque du nucléophile gênée par l’encombrement stérique :

Groupements alkyles :
effets inductifs > > > >
donneurs

tertiaire secondaire primaire

3. SN1 ou SN2 : influence de différents paramètres
SN1 SN2
Influence du C portant le groupement partant (nucléofuge)
SN1 favorisée par la stabilité du carbocation : Attaque du nucléophile gênée par l’encombrement stérique :

Groupements alkyles :
effets inductifs > > > >
donneurs

tertiaire secondaire primaire

Influence du nucléofuge
Il faut un bon nucléofuge. Il doit pouvoir partir aisément.
Dans le cas des halogènes : I > Br > Cl.
3. SN1 ou SN2 : influence de différents paramètres
SN1 SN2
Influence du C portant le groupement partant (nucléofuge)
SN1 favorisée par la stabilité du carbocation : Attaque du nucléophile gênée par l’encombrement stérique :

Groupements alkyles :
effets inductifs > > > >
donneurs

tertiaire secondaire primaire

Influence du nucléofuge
Il faut un bon nucléofuge. Il doit pouvoir partir aisément.
Dans le cas des halogènes : I > Br > Cl.
Influence du nucléophile
Un carbocation est facile à attaquer, le nucléophile a donc L’attaque du nucléophile déclenche le processus
peu d’importance. réactionnel, il faut donc un bon nucléophile (I– > Br– > Cl–).
3. SN1 ou SN2 : influence de différents paramètres
SN1 SN2
Influence du C portant le groupement partant (nucléofuge)
SN1 favorisée par la stabilité du carbocation : Attaque du nucléophile gênée par l’encombrement stérique :

Groupements alkyles :
effets inductifs > > > >
donneurs

tertiaire secondaire primaire

Influence du nucléofuge
Il faut un bon nucléofuge. Il doit pouvoir partir aisément.
Dans le cas des halogènes : I > Br > Cl.
Influence du nucléophile
Un carbocation est facile à attaquer, le nucléophile a donc L’attaque du nucléophile déclenche le processus
peu d’importance. réactionnel, il faut donc un bon nucléophile (I– > Br– > Cl–).
Influence du solvant
Les solvants utilisés pour les réactions de SN1 sont Les solvants utilisés pour les réactions de SN2 sont
protiques et polaires : aprotiques (et peu polaires).
- un solvant polaire stabilisera le carbocation formé ;
Exemples : propanone (acétone) acétonitrile
- un solvant protique formera des liaisons avec le
nucléofuge et favorisera la rupture de la liaison C-X (le C+
se formera plus facilement).
 CQFR

• Savoir identifier si une réaction est régiosélective, stéréosélective,

stéréospécifique.

• Connaître les mécanismes et les principales caractéristiques des

mécanismes limites de substitution nucléophile (SN1 et SN2).

• Connaître les facteurs influençant le mécanisme des réactions de

substitutions nucléophiles pour prévoir le mécanisme (SN1 ou SN2)
selon les conditions réactionnelles.
 Exercices d’application

1) Complétez les équations bilan suivantes et préciser les 2) Compléter les équations suivantes, préciser le
mécanismes impliqués pour la 1ère et la dernière réaction. mécanisme réactionnel et nommer le groupement
fonctionnel obtenu :
 Correction des exercices d’application (1)
Exercice 1 : d–
d+ Attention : bilan atomes + charges
sp3 nucléophile

SN1 Pas de C* : un seul composé obtenu, achiral

(C+ tertiaire)

Substitution nucléophile
(SN1 ou SN2 ? Pas assez d’informations ici)
1,2-diiodocyclohexane

d+
SN1 (C+ stabilisé par mésomérie)
d–

Pas de C* :
un seul composé
obtenu, achiral
 Correction des exercices d’application (2)
Exercice 2 : Pas de centre chiral sur la molécule de départ aucune stéréochimie à prendre en compte.
Halogénoalcane primaire SN2 (carbocation susceptible de se former non stable).

d+ d
–

Amine = nucléophile Ammonium Thioéther

Thiolate = nucléophile
(doublet libre de N) quaternaire (doublet libre de S)

Ether (ou
Alcoolate = nucléophile étheroxyde) Carboxylate = nucléophile Ester
(doublet libre de O) (doublet libre de O)
 Mentions légales

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31/08/2023
Chimie – CHO2 (Option Sciences / Option Sciences de la santé)

Chapitre 7 :
Réactions et mécanismes - 2 :
L’élimination (E)
Dr. Benjamin BOUCHERLE
Dr. Marine PEUCHMAUR

Université Grenoble Alpes - Tous droits réservés

 Plan du cours

1. Introduction

2. Eliminations monomoléculaires (E1)

3. Eliminations bimoléculaires (E2)

4. E1 ou E2 : influence de différents paramètres

 1. Introduction

1.1. Réactions d’élimination (E)

1.2. Régiosélectivité
1.3. Alcènes substitués ?
1.4. Exemples
1.1. Réactions d’élimination (E)

Nucléofuge (X) éliminé en même temps

d+ d –
qu’un H porté par le C voisin de C-X,
en présence d’une base (B–).

Il existe 2 mécanismes limites :

- les Eliminations d’ordre 1 (E1),
- les Eliminations d’ordre 2 (E2).
1.1. Réactions d’élimination (E)

Nucléofuge (X) éliminé en même temps

d+ d –
qu’un H porté par le C voisin de C-X,
en présence d’une base (B–).

Il existe 2 mécanismes limites :

- les Eliminations d’ordre 1 (E1),
- les Eliminations d’ordre 2 (E2).

1.2. Régiosélectivité
Les réactions d’élimination sont généralement régiosélectives : s’il existe plusieurs H portés
par des C voisins de C-X, un seul sera attaqué de manière préférentielle.

Règle de Saytzev : une élimination E, sous contrôle thermodynamique, conduit à l’alcène le

plus stable (celui stabilisé par mésomérie > celui le plus substitué).
1.3. Alcènes substitués ?
Qu’est-ce qu’un alcène plus ou moins substitué ?

Alcènes de plus en plus substitués

3 hydrogènes 2 hydrogènes 1 hydrogène

et et et 4 substituants
1 substituant 2 substituants 3 substituants

: représente un substituant c’est-à-dire, dans le cas présent, n’importe

quel atome ou groupement d’atomes autre qu’un atome d’hydrogène (H).
1.4. Exemples

Exemple 1 :
Alcène le plus stable (mésomérie)

Alcène le plus substitué

1.4. Exemples

Exemple 1 :
Alcène le plus stable (mésomérie)

Alcène le plus substitué

Exemple 2 : 20 %
Alcène le plus stable (le plus substitué)
80 %
1.4. Exemples

Exemple 1 :
Alcène le plus stable (mésomérie)

Alcène le plus substitué

Exemple 2 : 20 %
Alcène le plus stable (le plus substitué)
80 %

Exemple 3 :
Réaction non régiosélective
 2. Eliminations monomoléculaires (E1)

2.1. Mécanisme
2.2. Exemples
2.1. Mécanisme

k-1

k1

k2

▪ Mécanisme en 2 étapes. Etape cinétiquement déterminante :

formation du C+. Cet acte cinétiquement déterminant est
monomoléculaire  SN1 monomoléculaire.
▪ Loi expérimentale de vitesse : v = k1 [RX]
▪ Libre rotation autour de la liaison C-C : formation des 2
alcènes possibles.
2.1. Mécanisme

k-1

k1
Attention!!
Raisonnement en 2 temps :
- Régiosélectivité (Saytzev)
k2 - Stéréosélectivité : Z/E

▪ Mécanisme en 2 étapes. Etape cinétiquement déterminante :

formation du C+. Cet acte cinétiquement déterminant est
monomoléculaire  SN1 monomoléculaire.
▪ Loi expérimentale de vitesse : v = k1 [RX]
▪ Libre rotation autour de la liaison C-C : formation des 2
alcènes possibles.
2.2. Exemples

Exemple 1 : Obtention mélange Z + E (avec E majoritaire)

E Z
Alcène le plus stable  majoritaire

Mécanisme détaillée de la réaction : Cette réaction est partiellement

stéréosélective : quel que soit
l’halogénoalcane de départ, on formera
majoritairement l’un des 2 alcènes
possibles (l’alcène E plus stable).

Majoritaire Minoritaire
Règle de Saytzev : alcène le plus
stable (comparaison de différents Réflexion sur stéréosélectivité
isomères - régiosélectivité)
2.2. Exemples (suite)

Exemple 1 : Obtention mélange Z + E (avec E majoritaire)

E Z
Alcène le plus stable  majoritaire

Exemple 2 : Obtention d’un seul composé (pas de diastéréoisomèrie)

1 seul composé
2.2. Exemples (suite)

Exemple 1 : Obtention mélange Z + E (avec E majoritaire)

E Z
Alcène le plus stable  majoritaire

Exemple 2 : Obtention d’un seul composé (pas de diastéréoisomèrie)

1 seul composé

Exemple 3 : Obtention de l’alcène Z uniquement

Seule possibilité :
diastéréoisomère Z
(contrainte de cycle)
2.2. Exemples (suite)

Exemple 1 : Obtention mélange Z + E (avec E majoritaire)

partiellement
E Z
X X X X
Alcène le plus stable  majoritaire

Exemple 2 : Obtention d’un seul composé (pas de diastéréoisomèrie)

X X ø ø
1 seul composé

Exemple 3 : Obtention de l’alcène Z uniquement

X X ø
Seule possibilité :
diastéréoisomère Z
(contrainte de cycle)
Ø : non applicable
 3. Eliminations bimoléculaires (E2)

3.1. Mécanisme
3.2. Retour sur les notions de régiosélectivité, stéréosélectivité et
stéréospécificié
3.3. Exemples
3.1. Mécanisme

d–

d+

Libre rotation autour de la

liaison C-C mais E2 n’a lieu
que dans cette conformation
particulière (H et X en anti)

▪ 2 molécules de réactif interviennent dans ce mécanisme en

un seul acte élémentaire : réaction bimoléculaire (E2).
▪ Loi expérimentale de vitesse : v = k [RX] [B–]  compétition
E2 / SN2.
▪ B– attaque H lorsqu’il est en anti de X pour minimiser les
répulsions électroniques entre B – et X.

▪ Ea généralement plus élevée que pour SN2  chauffage.

3.2. Retour sur les notions de régiosélectivité,
stéréosélectivité et stéréospécificité
Majoritaire (règle de Saytzev) Réaction régiosélective

(R,S) OU

2 isomères de position d’insaturation

3.2. Retour sur les notions de régiosélectivité,
stéréosélectivité et stéréospécificité
Majoritaire (règle de Saytzev) Réaction régiosélective

(R,S) OU

2 isomères de position d’insaturation

Majoritaire :
OU attaque H en anti de Cl Réaction stéréosélective
(minimisation interactions
Z électroniques)
2 diastéréoisomères (Z, E)
3.2. Retour sur les notions de régiosélectivité,
stéréosélectivité et stéréospécificité
Majoritaire (règle de Saytzev) Réaction régiosélective

(R,S) OU

2 isomères de position d’insaturation

Majoritaire :
OU attaque H en anti de Cl Réaction stéréosélective
(minimisation interactions
Z électroniques)
2 diastéréoisomères (Z, E)

Majoritaire

(R,S) Z
(S,S) OU Réaction stéréospécifique
E (S,S) E
3.3. Exemples

Exemple 1 : Obtention diastéréoisomère Z

R,S Z

Exemple 2 : Obtention diastéréoisomère E

S,S E
3.3. Exemples

Exemple 1 : Obtention diastéréoisomère Z

R,S Z

Exemple 2 : Obtention diastéréoisomère E

S,S E

Exemple 3 : Obtention d’un seul composé (pas de diastéréoisomérie)

3.3. Exemples

Exemple 1 : Obtention diastéréoisomère Z

R,S Z

Exemple 2 : Obtention diastéréoisomère E

S,S E

Exemple 3 : Obtention d’un seul composé (pas de diastéréoisomérie)

Exemple 4 : Obtention mélange Z + E (avec E majoritaire)

E Z
majoritaire
3.3. Exemples

Exemple 4 : Obtention mélange Z + E (avec E majoritaire)

Détails du mécanisme : Elimination E2

E Z H éliminé en anti de Cl
majoritaire
H pouvant être arrachés
(règle de Saytzev)
3.3. Exemples

Exemple 4 : Obtention mélange Z + E (avec E majoritaire)

Détails du mécanisme : Elimination E2

E Z H éliminé en anti de Cl
majoritaire
H pouvant être arrachés
(règle de Saytzev)

Elimination H ‘orange’
en anti de Cl
3.3. Exemples

Exemple 4 : Obtention mélange Z + E (avec E majoritaire)

Détails du mécanisme : Elimination E2

E Z H éliminé en anti de Cl
majoritaire
H pouvant être arrachés
(règle de Saytzev)

Elimination H ‘orange’
en anti de Cl

Elimination H ‘vert’
en anti de Cl
3.3. Exemples

Exemple 4 : Obtention mélange Z + E (avec E majoritaire)

Détails du mécanisme : Elimination E2

E Z H éliminé en anti de Cl
majoritaire
H pouvant être arrachés
(règle de Saytzev)

Elimination H ‘orange’
en anti de Cl

On forme un mélange de Z + E
(composé E majoritaire car la
conformation du produit de départ est
plus stable)
Elimination H ‘vert’
en anti de Cl
3.3. Exemples

Exemple 1 : Obtention diastéréoisomère Z

Z X X X X
Exemple 2 : Obtention diastéréoisomère E

X X X X
E

Exemple 3 : Obtention d’un seul composé (pas de diastéréoisomérie)

X X ø ø

Exemple 4 : Obtention mélange Z + E (avec E majoritaire)

X X ø ø X
E Z
majoritaire Ø : non applicable
 4. E1 ou E2 : influence de différents paramètres
E1 E2
Influence du C portant le groupement partant (nucléofuge)
Comme pour la SN1 : Expérimentalement :

Groupements alkyles :
effets inductifs > > > >
donneurs

tertiaire secondaire primaire

Cependant, variation de vitesse faible.
 4. E1 ou E2 : influence de différents paramètres
E1 E2
Influence du C portant le groupement partant (nucléofuge)
Comme pour la SN1 : Expérimentalement :

Groupements alkyles :
effets inductifs > > > >
donneurs

tertiaire secondaire primaire

Cependant, variation de vitesse faible.

Influence du nucléofuge
Il faut un bon nucléofuge. Il doit pouvoir partir aisément.

Influence de la base
Il faut une bonne base. L’attaque de la base déclenche le processus réactionnel,
il faut donc une bonne base.
 4. E1 ou E2 : influence de différents paramètres
E1 E2
Influence du C portant le groupement partant (nucléofuge)
Comme pour la SN1 : Expérimentalement :

Groupements alkyles :
effets inductifs > > > >
donneurs

tertiaire secondaire primaire

Cependant, variation de vitesse faible.

Influence du nucléofuge
Il faut un bon nucléofuge. Il doit pouvoir partir aisément.

Influence de la base
Il faut une bonne base. L’attaque de la base déclenche le processus réactionnel,
il faut donc une bonne base.
Influence du solvant
Les solvants utilisés pour les réactions E1 sont protiques Les solvants utilisés pour les réactions de SN2 sont
et polaires. aprotiques (et peu polaires).
 CQFR

• Savoir déterminer quel alcène sera formé majoritairement lors d’une

réaction d’élimination en suivant la règle de Saytzev (alcène le
plus stable, alcène le plus substitué…)

• Connaître les mécanismes et les principales caractéristiques des

mécanismes limites d’élimination (E1 et E2).

• Connaître les facteurs influençant le mécanisme des réactions

d’élimination pour prévoir si une réaction se fera plutôt selon une E1
ou une E2.
 Exercices d’application

1) Ecrire les produits d’élimination des réactions suivantes : 2) Expliquer les résultats ci-dessous :

25 % 75 %
 Correction des exercices d’application (1)
Exercice 1 :

2 populations de H différentes peuvent être arrachées : les H

en vert ou les H en orange.
- Si la base attaque un H en orange, on obtiendra l’alcène
exocyclique du haut.
- Si la base arrache un H en bleu, on obtiendra l’alcène
endocyclique du bas. Ce dernier est plus substitué, il est plus
stable et sera majoritaire en fin de réaction.

1ère étape : protonation du –OH qui devient un très bon

groupement partant.
2ème étape : 2 H différents en vert sont susceptibles d’être
arrachés. L’alcène du haut est le plus stable parmi les deux
pouvant être formés (il est plus substitué).
Remarque : H2SO4 reformé en fin de réaction est un catalyseur.

Les conditions des réactions d’élimination

Base (B−)
composé saturé composé insaturé + BH + X−
(souvent composé halogéné)
alcool milieu acide composé insaturé + H2O Réaction de déshydratation
 Correction des exercices d’application (2)
Exercice 2 :

Libre rotation H en anti de Br Seul produit formé :

autour C-C (conformation obligatoire pour E2) stéréoisomère Z

1 seul
2 produits possibles produit
25 % 75 % (Saytzev : alcène 2 conformations
Pas de libre rotation ici mais possible
majoritaire = le plus stable, de la chaise
possibilité d’écrire 2 ici le plus substitué)
conformations de la chaise Ici 1 seul
H en anti
2 H différents
en anti H et Cl en anti : en
position axiale
Seule possibilité pour avoir H et Cl en anti : Remarque : si les pourcentages de chaque produit
ils doivent être en position axiale sur la n’avaient pas été donnés dans l’énoncé, vous n’auriez
chaise (donc en trans) précisé que la formation du composé majoritaire.
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31/08/2023
Chimie – CHO2 (Option Sciences / Option Sciences de la santé)

Chapitre 8 :
Réactions et mécanismes - 3 :
Compétition SN/E
Dr. Benjamin BOUCHERLE
Dr. Marine PEUCHMAUR

Université Grenoble Alpes - Tous droits réservés

 Plan du cours

1. Analyse des paramètres de la réaction

2. Exemples
 1. Analyse des paramètres de la réaction

❖ Même type de substrat pour les réactions de SN et E

❖ Une même espèce peut être à la fois nucléophile et
basique (HO–)  elle peut donc générer des
réactions de substitutions nucléophiles et
d’éliminations.
 1. Analyse des paramètres de la réaction

❖ Même type de substrat pour les réactions de SN et E

Analyse de différents paramètres
❖ Une même espèce peut être à la fois nucléophile et
pour définir le produit majoritaire de
basique (HO–)  elle peut donc générer des
la réaction
réactions de substitutions nucléophiles et
d’éliminations.

➢ Facteurs favorisant une réaction de substitution nucléophile :

- une température moyenne
- un bon nucléophile qui serait une mauvaise base (exemples : Cl–, Br–, HO– dilué)
➢ Facteurs favorisant une réaction d’élimination :
- une température élevée
- une bonne base qui serait un mauvais nucléophile (en fait ça n’existe pas…),
on utilise donc un chauffage important ou une concentration importante en base
(exemple : HO – concentré)
 1. Analyse des paramètres de la réaction (suite)
Nucléophile ou Base?

➢ Cas de HO–
• Si concentré et / ou à chaud : E
• Si dilué et à température ambiante ou si aucune précision : SN

➢ Raisonner sur le pKa des couples acido-basiques

• Si l’espèce considéré X– intervient dans le couple HX/X–, avec HX acide fort alors X–
sera nucléophile (cas des halogénures : Cl–, Br–, I–).
• Si l’espèce considéré X intervient dans le couple HX+/X, X sera plutôt nucléophile (cas
de ROH, RNH2).
 1. Analyse des paramètres de la réaction (suite)
Nucléophile ou Base?

➢ Cas de HO–
• Si concentré et / ou à chaud : E
• Si dilué et à température ambiante ou si aucune précision : SN

➢ Raisonner sur le pKa des couples acido-basiques

• Si l’espèce considéré X– intervient dans le couple HX/X–, avec HX acide fort alors X–
sera nucléophile (cas des halogénures : Cl–, Br–, I–).
• Si l’espèce considéré X intervient dans le couple HX+/X, X sera plutôt nucléophile (cas
de ROH, RNH2).

➢ Raisonner sur les effets électroniques

• Inductifs/Mésomères (ex : alcoolate/phénolate)

➢ Raisonner sur l’encombrement stérique (alcoolates notamment)

pKa(RO–) > 14 bases
Attention : les caractéristiques
Doublets non liants sur ‘O’ nucléophiles
du substrat (encombrement par
Si R peu encombré (Me, Et), plutôt nucléophile exemple) interviennent
Si R encombré (tBu), plutôt base également dans le choix!!
 1. Analyse des paramètres de la réaction (suite)

Substrat

C+ IIIaire et/ou stabilisé C+ IIaire

C+ Iaire (ne se
par mésomérie forme pas)

??
SN1 SN2
E1 (E2)

Autres
paramètres
 1. Analyse des paramètres de la réaction (suite)

Substrat

C+ IIIaire et/ou stabilisé C+ IIaire

C+ Iaire (ne se
par mésomérie forme pas)

??
SN1 SN2
E1 (E2)

Autres
1. Nucléofuge
paramètres

Remarque :
Moyen Très bon Classement nucléofuges
SN1 molécule neutre
Protique
E1

>
3. Solvant 2. Nucléophile/base ?? SN1 ion stabilisé par mésomérie
SN2 E1

>
Aprotique Facteur mineur
E2 halogénures
(dans notre cas)

>
Autres ions
 2. Exemples

2.1. Exemple 1
2.2. Exemple 2
2.1. Exemple 1
Suivant quel mécanisme les réactions suivantes se déroulent-elles? Donnez, s’il y a lieu, la stéréochimie
des produits d’arrivée (configuration absolue R ou S).
δ+ Carbocation stabilisé
par mésomérie
δ–

SN1
(non stéréosélective)
pas de C*
racémique
(produit minoritaire)
2.1. Exemple 1
Suivant quel mécanisme les réactions suivantes se déroulent-elles? Donnez, s’il y a lieu, la stéréochimie
des produits d’arrivée (configuration absolue R ou S).
δ+ Carbocation stabilisé
par mésomérie
δ–

SN1
(non stéréosélective)
pas de C*
racémique
(produit minoritaire)

δ+
Carbocation secondaire
δ–
DMF :
diméthylformamide
Solvant aprotique

SN2
(R)-2-chlorobutane Etat de transition (S)-N-isopropylbutylamine (stéréospécifique)
2.1. Exemple 1
Suivant quel mécanisme les réactions suivantes se déroulent-elles? Donnez, s’il y a lieu, la stéréochimie
des produits d’arrivée (configuration absolue R ou S).
δ+ Carbocation stabilisé
par mésomérie
δ–

SN1
(non stéréosélective)
pas de C*
racémique
(produit minoritaire)

δ+
Carbocation secondaire
δ–
DMF :
diméthylformamide
Solvant aprotique

SN2
(R)-2-chlorobutane Etat de transition (S)-N-isopropylbutylamine (stéréospécifique)

δ+
racémique
δ–
Carbocation tertiaire
(stabilisé par 3 effets inductifs) SN1 (non stéréosélective)
2.2. Exemple 2

Compléter les schémas réactionnels suivants (préciser les réactions en concurrence et les produits
majoritaires) :

Halogénoalcane Alcoolate =
primaire bonne base (pKa > 14) SN2
et bon nucléophile
2.2. Exemple 2

Compléter les schémas réactionnels suivants (préciser les réactions en concurrence et les produits
majoritaires) :

Halogénoalcane Alcoolate =
primaire bonne base (pKa > 14) SN2
et bon nucléophile

Solvant
peu polaire
Halogénoalcane Alcoolate E2
secondaire
2.2. Exemple 2

Compléter les schémas réactionnels suivants (préciser les réactions en concurrence et les produits
majoritaires) :

Halogénoalcane Alcoolate =
primaire bonne base (pKa > 14) SN2
et bon nucléophile

Solvant
peu polaire
Halogénoalcane Alcoolate E2 Halogénoalcane Alcoolate E1
secondaire tertiaire
2.2. Exemple 2

Compléter les schémas réactionnels suivants (préciser les réactions en concurrence et les produits
majoritaires) :

Nécessité d’avoir
Solvant d’autres informations
Halogénoalcane Alcoolate = protique
primaire bonne base (pKa > 14) SN2 Halogénoalcane Alcoolate SN1 ou E1
et bon nucléophile secondaire

Solvant
peu polaire
Halogénoalcane Alcoolate E2 Halogénoalcane Alcoolate E1
secondaire tertiaire
 CQFR

• Connaître les facteurs favorisant une SN par rapport à une E (et

inversement) : compétition SN / E.

• Savoir les utiliser pour définir le mécanisme d’une réaction et

prévoir les produits majoritaires.
 Exercices d’application

1) Le composé A ci-dessous est traité : 2) Lorsqu’on traite le 4-bromobutan-1-ol par l’hydroxyde de

- par une solution aqueuse diluée d’hydroxyde de sodium. sodium aqueux (NaOH dans l’eau), on obtient de
Sachant que le mécanisme se déroule en 2 étapes dont la l’oxacyclopentane. Expliquer.
première est lente et la seconde rapide, en déduire le
mécanisme, la structure et la configuration du (ou des)
produit(s) obtenu(s). 3) Quel(s) produit(s) obtient-on quand on traite le composé
- par une solution alcoolique concentrée d’hydroxyde de ci-dessous par une solution aqueuse de NaOH (à chaud
potassium à chaud. Donner le mécanisme qui sera du ou non) ?
même type que a) (c’est-à-dire 1 ou 2), la structure et la
configuration du (ou des) produit(s) obtenu(s).
 Correction des exercices d’application (1)
C+ : plan
Exercice 1 : (attaque possible
Solution aqueuse diluée d’hydroxyde de
SN S sur les 2 faces)
sodium (= soude, NaOH)
Réaction en 2 étapes (formation d’un
SN1
carbocation, stabilisé par mésomérie ici)
S R

Mélange racémique
1ère étape

Solution alcoolique concentrée d’hydroxyde de potassium E

S (KOH) à chaud
Réaction du même type (1 ou 2) que la précédente E1
2ème étape - 1ère étape : formation carbocation puis recherche des
différents H que la base peut arracher (ici H vert et H
orange, ce sont les 2 seuls H portés par un C voisin du
Z carbocation).
- 2ème étape : si H orange arraché, obtention alcène Z ; si H
vert arraché, obtention alcène E : produit final = mélange
de deux diastéréoisomères (réaction non stéréosélective).
E
Remarque : l’alcène E plus stable est en proportion plus
importante dans le mélange.
 Correction des exercices d’application (1)
δ–
Exercice 2 : ▪ Etape 1 : Réaction acido-basique δ+

(fonction alcool présentant H acide 4-bromobutan-1-ol Halogénoalcane

et HO− = base forte) primaire SN2

▪ Etape 2 : SN intramoléculaire
(site électrophile et nucléophile Remarque : les réactions acido-basiques
sur une seule molécule) sont très rapides par rapport aux SN/E. Si
oxacyclopentane
H acide sur le réactif de départ, la base
l’arrache en premier!!
Exercice 3 :
Na+, HO− : base ou nucléophile SN ou E ?

▪ Réactions SN1 et E1 impossibles : on ne peut pas former de carbocation à partir du composé de

départ (carbocation non plan).

▪ Réaction SN2 non favorable : il faudrait que le nucléophile attaque en anti de Cl (cf. flèche) et
l’encombrement est trop important.

▪ Réaction E2 : impossible car l’alcène obtenu ne serait pas plan.

Conclusion : aucune réaction entre l’halogénoalcane de départ et HO–.

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31/08/2023
Chimie – CHO2 (Option Sciences / Option Sciences de la santé)

Chapitre 9 :
Réactions et mécanismes - 4 :
Les Additions Electrophiles (AE)
Dr. Benjamin BOUCHERLE
Dr. Marine PEUCHMAUR

Université Grenoble Alpes - Tous droits réservés

 Plan du cours

1. Généralités

2. Addition sur les alcènes (C=C)

3. Exercices
 1. Généralités

Addition électrophile =
addition sur les alcènes
(C=C)
 1. Généralités

Addition électrophile =
addition sur les alcènes
(C=C)

▪ Réactions fortement exo-thermiques et quasi-totales.

▪ A-B subit une coupure hétérolytique :
• A-B est polaire ;
d+ d– d–

• A-A est polarisable (nuage électronique de la double liaison). d+

Remarque : Additions électrophiles sur les C=C car ce sont des zones riches en électrons.
 2. Additions sur les alcènes (C=C)

2.1. Cas 1 : Addition d’halogénure d’hydrogène

2.2. Cas 2 : Hydratation des alcènes (milieu acide)
2.3. Cas 3 : Addition de dihalogène
2.1. Cas 1 : Addition d’halogénure d’hydrogène
Réaction régiosélective : l’addition électrophile de H-A se fait de manière à passer par le C+
le plus stable (règle de Markovnikov).
2.1. Cas 1 : Addition d’halogénure d’hydrogène
Réaction régiosélective : l’addition électrophile de H-A se fait de manière à passer par le C+
le plus stable (règle de Markovnikov).
Exemple 1 : Produit d’arrivée achiral

d+ d–
ou

C+ le plus stable
2.1. Cas 1 : Addition d’halogénure d’hydrogène
Réaction régiosélective : l’addition électrophile de H-A se fait de manière à passer par le C+
le plus stable (règle de Markovnikov).
Exemple 1 : Produit d’arrivée achiral

d+ d–
ou

C+ le plus stable

Exemple 2 : Produit d’arrivée chiral (création d’1 C*)

*
C+ sp2 : attaque sur 2 énantiomères
les 2 faces
2.1. Cas 1 : Addition d’halogénure d’hydrogène
Réaction régiosélective : l’addition électrophile de H-A se fait de manière à passer par le C+
le plus stable (règle de Markovnikov).
Exemple 1 : Produit d’arrivée achiral

d+ d–
ou

C+ le plus stable

Exemple 2 : Produit d’arrivée chiral (création d’1 C*)

*
C+ sp2 : attaque sur 2 énantiomères
les 2 faces

Exemple 3 : Produit d’arrivée chiral (création de 2 C*)

*
*
C des C=C sp2 : 2 C+ sp2 : attaque sur 4 stéréoisomères
faces équivalentes les 2 faces
2.1. Cas 1 : Addition d’halogénure d’hydrogène
Réaction régiosélective : l’addition électrophile de H-A se fait de manière à passer par le C+
le plus stable (règle de Markovnikov).
Exemple 1 : Produit d’arrivée achiral

d+ d–
ou

C+ le plus stable
X ø X
Exemple 2 : Produit d’arrivée chiral (création d’1 C*)

*
C+ sp2 : attaque sur 2 énantiomères X X X X
les 2 faces

Exemple 3 : Produit d’arrivée chiral (création de 2 C*)

* X X X
*
C des C=C sp2 : 2 C+ sp2 : attaque sur 4 stéréoisomères Ø : non applicable
faces équivalentes les 2 faces
2.2. Cas 2 : Hydratation des alcènes (milieu acide)

catalyseur

Remarque : H+ n’existe pas en

présence d’eau, il se forme H3O+.
Réaction d’hydratation d’un alcène
2.2. Cas 2 : Hydratation des alcènes (milieu acide)

catalyseur

Remarque : H+ n’existe pas en

présence d’eau, il se forme H3O+.
Réaction d’hydratation d’un alcène

1) Addition de
Formation du carbocation
l’électrophile sur la
le plus stable
double liaison

2) Attaque du
nucléophile sur le
carbocation

3) Neutralisation de l’espèce catalyseur

chargée et régénération du régénéré
catalyseur
2.3. Cas 3 : Addition de dihalogène
d– X2 polarisable
d+
1 Addition des 2
atomes X en anti

ion halonium

C de la C=C sp2 plan Attaque du C le plus encombré

(fort caractère de C+)
Attaque sur une
face ou sur l’autre
2.3. Cas 3 : Addition de dihalogène
d– X2 polarisable
d+
1 Addition des 2
atomes X en anti

ion halonium

C de la C=C sp2 plan Attaque du C le plus encombré

(fort caractère de C+)
Attaque sur une
face ou sur l’autre

1
2.3. Cas 3 : Addition de dihalogène
d– X2 polarisable
d+
1 Addition des 2
atomes X en anti

ion halonium

C de la C=C sp2 plan Attaque du C le plus encombré

(fort caractère de C+)
Attaque sur une
face ou sur l’autre

Remarque : obtention possible de plusieurs stéréoisomères (selon structure du produit de départ)

mais réaction stéréosélective (attaque du nucléophile en anti).
2.3. Cas 3 : Addition de dihalogène (2)

Exemple 1 : Produit d’arrivée achiral

d+ d–
2.3. Cas 3 : Addition de dihalogène (2)

Exemple 1 : Produit d’arrivée achiral

d+ d–

Exemple 2 : Produit d’arrivée chiral (création d’1 C*)

*
2 énantiomères
2.3. Cas 3 : Addition de dihalogène (2)

Exemple 1 : Produit d’arrivée achiral

d+ d–

Exemple 2 : Produit d’arrivée chiral (création d’1 C*)

*
2 énantiomères

Exemple 3 : Produit d’arrivée chiral (création de 2 C*)

*
*
2 énantiomères
2.3. Cas 3 : Addition de dihalogène (2)

Exemple 1 : Produit d’arrivée achiral

d+ d–

Exemple 2 : Produit d’arrivée chiral (création d’1 C*)

*
2 énantiomères

Exemple 3 : Produit d’arrivée chiral (création de 2 C*)

*
*
2 énantiomères
Exemple 4 : Addition de dihalogène non symétrique
d+ d–
2.3. Cas 3 : Addition de dihalogène (2)

Exemple 1 : Produit d’arrivée achiral

d+ d–
ø ø X

Exemple 2 : Produit d’arrivée chiral (création d’1 C*)

* ø X X X
2 énantiomères

Exemple 3 : Produit d’arrivée chiral (création de 2 C*)

ø X X X X
*
*
2 énantiomères
Exemple 4 : Addition de dihalogène non symétrique X X
d+ d–
Ø : non applicable
 3. Exercices
Quel est le produit majoritaire formé par action de HBr ou H2SO4 dilué dans l’eau sur les réactifs suivants :
hex-1-ène, 2-méthylbut-2-ène?
 3. Exercices
Quel est le produit majoritaire formé par action de HBr ou H2SO4 dilué dans l’eau sur les réactifs suivants :
hex-1-ène, 2-méthylbut-2-ène?

d+ d–
hex-1-ène
Formation C+ le Mélange racémique
plus stable
AE non stéréosélective
 3. Exercices
Quel est le produit majoritaire formé par action de HBr ou H2SO4 dilué dans l’eau sur les réactifs suivants :
hex-1-ène, 2-méthylbut-2-ène?

d+ d–
hex-1-ène
Formation C+ le Mélange racémique
plus stable
AE non stéréosélective

Pas de centre
asymétrique
2-méthylbut-2-ène
 3. Exercices
Quel est le produit majoritaire formé par action de HBr ou H2SO4 dilué dans l’eau sur les réactifs suivants :
hex-1-ène, 2-méthylbut-2-ène?

d+ d–
hex-1-ène
Formation C+ le Mélange racémique
plus stable
AE non stéréosélective

Pas de centre
asymétrique
2-méthylbut-2-ène

H2SO4 = acide sulfurique

catalyseur

Mélange racémique

Remarque : HSO4– n’est pas un

bon nucléophile à cause des
effets mésomères (doublets libres
O moins disponibles) : dans cette
réaction, nucléophile = H2O !!
 3. Exercices
Quel est le produit majoritaire formé par action de HBr ou H2SO4 dilué dans l’eau sur les réactifs suivants :
hex-1-ène, 2-méthylbut-2-ène?

d+ d–
hex-1-ène
Formation C+ le Mélange racémique
plus stable
AE non stéréosélective

Pas de centre
asymétrique
2-méthylbut-2-ène

H2SO4 = acide sulfurique

catalyseur

Mélange racémique

Remarque : HSO4– n’est pas un

bon nucléophile à cause des
effets mésomères (doublets libres
O moins disponibles) : dans cette Pas de centre
réaction, nucléophile = H2O !! asymétrique
 CQFR

• Connaître et savoir appliquer la règle de régiosélectivité des réactions d’AE

(Markovnikov).

• Prévoir les produits majoritaires de ces réactions.

• Appliquer les raisonnements pour la stéréosélectivité.

 Exercices d’application

1) Donner la structure des composés A, B, C et D :

2) Déterminer le produit majoritaire obtenu lors des additions électrophiles suivantes :

 Correction des exercices d’application (1)
Exercice 1 :

Halogénoalcane
*
d+ d– secondaire

base
Réaction
* acido-basique

C=C riche en Formation du C+ Catalyseur

électrons le plus stable
sp2 (plan) Obtention mélange racémique
(réaction non stéréosélective)
Réaction régiosélective
AE
(Markovnikov)

Remarque : info énoncé = produit d’arrivée étheroxyde

(donc forcément SN). Vous n’avez pas assez d’indications
ici sur les conditions expérimentales pour définir SN / E
(on aurait pu s’attendre plutôt à E étant donné
Base et Ethéroxyde SN l’encombrement relatif de A et C : c’est pour cela que
nucléophile l’énoncé vous indique la structure du produit d’arrivée).
 Correction des exercices d’application (2)
Exercice 2 :
Pas de C* Un seul composé

Formation du C+
le plus stable

Réaction régiosélective
(Markovnikov)

Passage par C+ (sp2 plan)

Obtention mélange racémique

Formation du C+ (réaction non stéréosélective)
le plus stable (mésomérie)

d+ d–
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31/08/2023
Chimie – CHO2 (Option Sciences / Option Sciences de la santé)

Chapitre 10 :
Réactions et mécanismes - 5 :
Les Additions Nucléophiles (AN)
Dr. Benjamin BOUCHERLE
Dr. Marine PEUCHMAUR

Université Grenoble Alpes - Tous droits réservés

 Plan du cours

1. Addition sur les carbonyles (C=O) des aldéhydes et cétones

2. Addition sur les carboxyles (C=O) des acides carboxyliques et

fonctions dérivées

3. Exercice
 1. Addition sur les carbonyles (C=O)
des aldéhydes et cétones

1.1. Généralités
1.2. Exemples
1.1. Généralités

Addition d+ d–

nucléophile =
Addition sur les
carbonyles (C=O)

▪ Etape lente : attaque du nucléophile sur le C  addition nucléophile.

1.1. Généralités

Addition d+ d–

nucléophile =
Addition sur les
d+ d–
carbonyles (C=O)

Eléctrophilie de C
augmentée

▪ Etape lente : attaque du nucléophile sur le C  addition nucléophile.

1.1. Généralités

Addition d+ d–

nucléophile =
Addition sur les
d+ d–
carbonyles (C=O)

Eléctrophilie de C
augmentée

▪ Etape lente : attaque du nucléophile sur le C  addition nucléophile.

▪ C=O et C+ sont plans (équiprobabilité d’attaque du nucléophile de part et d’autre du plan)
 réactions non stéréosélectives.
▪ Les aldéhydes sont plus réactifs que les cétones.
1.1. Généralités

Addition d+ d–

nucléophile =
Addition sur les
d+ d–
carbonyles (C=O)

Eléctrophilie de C
augmentée

▪ Etape lente : attaque du nucléophile sur le C  addition nucléophile.

▪ C=O et C+ sont plans (équiprobabilité d’attaque du nucléophile de part et d’autre du plan)
 réactions non stéréosélectives.
▪ Les aldéhydes sont plus réactifs que les cétones.

Exemples de nucléophiles :
• les espèces oxygénées (H2O, ROH) d– d–
• les espèces carbanioniques,
C– (RMgX, RLi, – CN)

• les hydrures (H de NaBH4 ou LiAlH4)

– d+ d+
1.2. Exemples
A. Exemple 1
acide
Prototropie
(réaction acide-base
base intramoléculaire)
hydrate
1.2. Exemples
A. Exemple 1
acide
Prototropie
(réaction acide-base
base intramoléculaire)
hydrate

B. Exemple 2

hémiacétal
1.2. Exemples
A. Exemple 1
acide
Prototropie
(réaction acide-base
base intramoléculaire)
hydrate

B. Exemple 2

hémiacétal

C. Exemple 3

Réduction intramoléculaire Nucléophile

1.2. Exemples (suite)

D. Exemple 4

cyanhydrine NaCN
1.2. Exemples (suite)

D. Exemple 4

cyanhydrine NaCN

E. Exemple 5

Réduction des carbonyles Réaction acide-base

Donneur d’hydrure avec le solvant
(B) < (H)
(H part avec le doublet de
liaison)
 2. Additions sur les carboxyles (C=O)
des acides carboxyliques et fonctions dérivées

2.1. Généralités
2.2. Mécanisme
2.3. Exemples
2.1. Généralités

Ici, W est un groupement inductif

attracteurs : -OH, -OR’, -Cl…

Addition suivie d’une élimination = réaction de condensation

2.1. Généralités

Ici, W est un groupement inductif

attracteurs : -OH, -OR’, -Cl…

Addition suivie d’une élimination = réaction de condensation

2.2. Mécanisme

d+ d–

3 groupements
électroattracteurs
sur un même carbone
2.1. Généralités

Ici, W est un groupement inductif

attracteurs : -OH, -OR’, -Cl…

Addition suivie d’une élimination = réaction de condensation

2.2. Mécanisme

▪ Etape lente : attaque du

d+ d– nucléophile sur le C  addition
nucléophile.
3 groupements ▪ C=O plan (équiprobabilité
Addition électroattracteurs
d’attaque du nucléophile de part
sur un même carbone
et d’autre du plan)  réactions
non stéréosélectives.
Condensation Elimination
2.3. Exemples
A. Exemple 1

Réaction d’estérification à partir du chlorure d’acyle

2.3. Exemples
A. Exemple 1

Réaction d’estérification à partir du chlorure d’acyle

B. Exemple 2

Réaction d’estérification à partir de l’acide carboxylique

2.3. Exemples
A. Exemple 1

Réaction d’estérification à partir du chlorure d’acyle

B. Exemple 2

Réaction d’estérification à partir de l’acide carboxylique

C. Exemple 3
Catalyseur

prototropie
Réaction d’estérification en présence d’un catalyseur acide
Activation du
caractère électrophile
du C (mésomérie)
 3. Exercice

Expliquer la formation des composés A et B.

 3. Exercice

Expliquer la formation des composés A et B.

 3. Exercice

Expliquer la formation des composés A et B.

 3. Exercice

Expliquer la formation des composés A et B.

Conclusion :
•Dans le cas des C=O des cétones et des aldéhydes, on additionne ‘simplement’ le nucléophile (le C du
C=O n’est lié ensuite qu’à 2 groupements électroattracteurs au maximum).
•Dans le cas des C=O des dérivés d’acide (acide carboxylique, ester, chlorure d’acide…), après addition du
nucléophile, le C du C=O est lié à 3 groupements électroattracteurs, il faut en éliminer au moins 1. Par
conséquent, on a un mécanisme de type addition puis élimination.
 CQFR

• Différencier l’addition sur les C=O des aldéhydes et cétones et sur les C=O
des acides carboxyliques et fonctions dérivées (addition puis élimination).

• Prévoir les produits majoritaires de ces réactions.

• Réactions non stéréosélectives.

 Exercices d’application

1) Donner la structure des composés A1, A2. Est-ce l’aldéhyde ou la cétone qui sera le plus réactif?

2) Donner la structure du produit majoritaire de ces réactions. Préciser si les produits formés sont chiraux et si le milieu
réactionnel obtenu en fin de réaction est actif sur la lumière polarisée.
 Correction des exercices d’application (1)

Exercice 1 :
d- Mécanisme
d+

Réaction
n = 1, R = H
n = 2, R = CH3
équilibrée
Site déficient en Attaque facilitée A1 : R = H
A2 : R = CH3
électrons (C du C=O) pour R petit
d- d’-

AN d+ d’+

Effet inductif + Encombrement

Aldéhyde plus réactif que cétone

 Correction des exercices d’application (2)
Exercice 2 : d-
d+
d- Produit achiral
d+ Inactif sur lumière polarisée

AN Réaction acido-basique

d- Produit chiral – obtenu sous

d+
d- * forme d’un mélange
d+
racémique Inactif sur
lumière polarisée

d- Remarque : on s’arrête au sel (alcoolate)

d+
Produit achiral car aucun acide n’est présent dans le
d+ d-
Inactif sur lumière polarisée milieu pour neutraliser. Si on ajoute H2O
(comme précédemment), on formera
évidemment l’alcool.
d-
d+ Produit achiral
d-
d+ Inactif sur lumière polarisée

Réaction de condensation (carboxyle) : Remarque : MeO– n’est pas un très bon groupement partant,
élimination du groupement -OMe pourtant il part spontanément (cétone plus stable qu’hémiacétal).
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31/08/2023
 Chimie – CHO2 (Option Sciences / Option Sciences de la santé)

Chapitre 11 :
Réactions et mécanismes - 6 :
Les Substitutions Electrophiles Aromatiques
(SEAr)
Dr. Benjamin BOUCHERLE
Dr. Marine PEUCHMAUR
Université Grenoble Alpes - Tous droits réservés
 Plan du cours

1. Rappels : aromaticité

2. Substitution Electrophile Aromatique (SEAr)

 1. Rappels : Aromaticité
Règles de Hückel : Un composé sera aromatique si :
➢ cycle plan avec recouvrement latéral des OM voisines (délocalisation sur tout le cycle par mésomérie)
➢ 4n + 2 (n entier ≥ 0) électrons délocalisés (doublets π ou doublets non liants)

Remarque : aromaticité confère grande stabilité. Cette stabilité augmente avec l’étendu de l’aromaticité
(étendu « nuage π ») et si des effets électrodonneurs enrichissent la densité électronique du cycle.

Exemples
> > >
 1. Rappels : Aromaticité
Règles de Hückel : Un composé sera aromatique si :
➢ cycle plan avec recouvrement latéral des OM voisines (délocalisation sur tout le cycle par mésomérie)
➢ 4n + 2 (n entier ≥ 0) électrons délocalisés (doublets π ou doublets non liants)

Remarque : aromaticité confère grande stabilité. Cette stabilité augmente avec l’étendu de l’aromaticité
(étendu « nuage π ») et si des effets électrodonneurs enrichissent la densité électronique du cycle.

Exemples
> > >

Propriétés chimiques du benzène

Toute réaction détruisant l’aromaticité est défavorisée.

Attaque par des oxydants (mais plutôt sur chaîne attachée au noyau benzénique).
Attaque électrophile (cycle aromatique riche en électrons).
Addition avec perte d’aromaticité très défavorable.
Substitution électrophile aromatique (SEAr)
 2. Substitution Electrophile Aromatique (SEAr)

2.1. Mécanisme général

2.2. Quelques exemples
2.3. Polysubstitution électrophile aromatique
2.1. Mécanisme général
d– d+
Equation bilan

E = Electrophilie

1ère étape : formation électrophile (E+)

▪ Mécanisme en 4 étapes

2ème étape : attaque E+ sur benzène

Intermédiaire de
Wheland (IW)

3ème étape : retour à l’aromaticité

4ème étape : régénération catalyseur

2.1. Mécanisme général
d– d+
Equation bilan

E = Electrophilie

1ère étape : formation électrophile (E+)

▪ Mécanisme en 4 étapes
▪ 3ème et 4ème étapes généralement
simultanées 2ème étape : attaque E+ sur benzène
▪ Etape cinétiquement déterminante = Intermédiaire de
2ème généralement (parfois 1ère ou 3ème) Wheland (IW)

3ème étape : retour à l’aromaticité

E

IW

IW =
4ème étape : régénération catalyseur
E+
Benzène
+ Y-E
CR
2.2. Quelques exemples
A. Halogénation

1ère étape : catalyseur : acide de Lewis (AlCl3, FeCl3, FeBr3…)

2ème étape :

3ème et 4ème étapes :

Remarque : chloration et bromation possibles (F2 explosif,

I2 : difficile).
2.2. Quelques exemples
A. Halogénation B. Nitration

1ère étape : catalyseur : acide de Lewis (AlCl3, FeCl3, FeBr3…) 1ère étape : formation NO2+ (cinétiquement limitante)

base
2ème étape : acide
(catalyseur)
2ème étape :

3ème et 4ème étapes :

3ème et 4ème étapes :

Remarque : chloration et bromation possibles (F2 explosif,

I2 : difficile). Remarque : étape cinétiquement déterminante : 1ère.
2.2. Quelques exemples (2)
C. Alkylation et acylation : Réactions de Friedel et Crafts
Alkylation

1ère étape : formation du carbocation R+

Mécanisme :

Remarque : inconvénients de cette réaction : il est difficile

de s’arrêter à la monoalkylation (cf. conclusion), il existe
des risques de réarrangements ou transposition de C+ (non
traités dans ce cours).
2.2. Quelques exemples (2)
C. Alkylation et acylation : Réactions de Friedel et Crafts
Alkylation Acylation

1ère étape : formation du carbocation R+ 1ère étape : formation de l’électrophile

Mécanisme : Mécanisme :

Remarque : inconvénients de cette réaction : il est difficile Remarque : AlCl3 doit être en quantité stœchiométrique +
de s’arrêter à la monoalkylation (cf. conclusion), il existe ε (il est consommé par le produit final).
des risques de réarrangements ou transposition de C+ (non Intérêt par rapport à l’alkylation : ici pas de risque de
traités dans ce cours). polyacylation et pas de réarrangement de C+.
2.3. Polysubstitution électrophile aromatique

SEAr sur un benzène substitué :

- Où se fixe l’électrophile? (régiosélectivité)
- Le benzène substitué par A est-il plus ou moins réactif que le benzène?
2.3. Polysubstitution électrophile aromatique

SEAr sur un benzène substitué :

- Où se fixe l’électrophile? (régiosélectivité)
- Le benzène substitué par A est-il plus ou moins réactif que le benzène?

A. Effet activation/désactivation

Si A est un groupe donneur : il stabilise l’intermédiaire de Wheland chargé Groupe activant

Si A est un groupe attracteur : il déstabilise l’intermédiaire de Wheland Groupe désactivant

Si A a des effets I et M opposés, M > I sauf pour les halogènes

Pour les halogènes, l’effet –I déstabilise l’intermédiaire de Wheland Groupe désactivant
2.3. Polysubstitution électrophile aromatique
B. Régiosélectivité
Pour savoir où E va se fixer, il faut étudier la stabilité des différents IW pouvant se former.
Exemples A = OH (–I; +M) : donneur A = COOH (–I; –M) : attracteur

ortho

méta

para
2.3. Polysubstitution électrophile aromatique
B. Régiosélectivité
Pour savoir où E va se fixer, il faut étudier la stabilité des différents IW pouvant se former.
Exemples A = OH (–I; +M) : donneur A = COOH (–I; –M) : attracteur

ortho

méta

para
2.3. Polysubstitution électrophile aromatique
B. Régiosélectivité
Pour savoir où E va se fixer, il faut étudier la stabilité des différents IW pouvant se former.
Exemples A = OH (–I; +M) : donneur A = COOH (–I; –M) : attracteur

ortho

méta

para

Remarque :
- les effets –I sont à peu près les mêmes sur les positions ortho, méta, para, c’est l’effet mésomère qui
conditionne la régiosélectivité.
- 2 positions ortho pour 1 para mais pour des raisons stériques, substitution en para majoritaire.
2.3. Polysubstitution électrophile aromatique (3)
C. Conclusion

Règles de Holleman :
- Si A est un groupe donneur +I et/ou +M : il active le noyau et oriente ortho, para.
- Si A est un groupe attracteur –I et/ou –M : il désactive le noyau et oriente méta.
- Si A est un halogène : il désactive le noyau (–I) mais oriente ortho, para (+M)
2.3. Polysubstitution électrophile aromatique (3)
C. Conclusion

Règles de Holleman :
- Si A est un groupe donneur +I et/ou +M : il active le noyau et oriente ortho, para.
- Si A est un groupe attracteur –I et/ou –M : il désactive le noyau et oriente méta.
- Si A est un halogène : il désactive le noyau (–I) mais oriente ortho, para (+M)

Remarque : les effets des substituants sont additifs (substituant activant > substituant désactivant).

Exemples
Activant
Désactivant

Moindre
encombrement Groupement alkylant risque de polyalkylation
stérique active noyau
 CQFR

• Connaître le mécanisme général des réactions de substitution électrophile

aromatique (SEAr).

• Prévoir les produits majoritaires (régiosélectivité) de ces réactions en

évaluant la stabilité de l’intermédiaire de Wheland dans le cas des
polysubstitutions (règles de Holleman).
 Exercice d’application

1) Donner la structure des composés A à F.

 Correction de l’exercice d’application (1)
Exercice 1 : Effets (–M, –I) désactivant et oriente méta
≡

Nitration Acide de
(cf. diapositive 6) Lewis

Remarque : reportez-vous aux

Halogénation diapositives de cours pour avoir le
(cf. diapositive 6) détail du mécanisme de ces réactions

Mécanisme

Halogénation

Formation E+

Alkylation de Friedel et Crafts

(cf. diapositive 7)
 Correction de l’exercice d’application (2)
Remarque : CF3 plus loin,
Exercice 1 (suite) :
effet +I de l’alkyle majoritaire.
Effet : +I activant et oriente ortho/para

Mécanisme

Alkylation de
Friedel et Crafts

Effets inductifs attracteurs

CF3 déstabilise ce C+

Nitration
para majoritaire
(encombrement stérique) Mécanisme formation NO2+

base acide
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31/08/2023