Objectif d’apprentissage
- Donner des exemples des types de réactions que subissent généralement les composés aromatiques
Points clés
- Les composés aromatiques ou arènes subissent des réactions de substitution, dans lesquelles l’hydrogène aromatique est remplacé par un électrophile, donc leurs réactions se déroulent par substitution électrophile.
- Les arènes contiennent des doubles liaisons tout comme les alcènes mais elles ne subissent pas d’addition électrophile car celles-ci entraîneraient leur perte d’aromaticité du cycle.
- L’ordre de substitution sur les composés aromatiques est régi par la nature des substituants présents dans le cycle aromatique.
- Dans les réactions de substitution aromatique électrophile, un carbocation est généré alors que dans les substitutions aromatiques nucléophiles, un carboanion est généré.
- Les réactions d’hydrogénation transforment les composés aromatiques en composés saturés.
- Les couplages croisés métalliques tels que la réaction de Suzuki permettent la formation de liaisons carbone-carbone entre deux ou plusieurs composés aromatiques.
Termes
- nucléophileComposé ou groupe fonctionnel qui est attractif pour les centres de charge positive et donne des électrons ; donne un doublet d’électrons à un électrophile pour former une liaison.
- hydrogénationRéaction chimique de l’hydrogène avec une autre substance, en particulier avec un composé organique insaturé, et généralement sous l’influence de la température, de la pression et de catalyseurs.
- électrophileComposé ou groupe fonctionnel qui attire les centres de charge positive et accepte les électrons ; accepte un doublet d’électrons d’un nucléophile pour former une liaison.
Le cycle benzénique est fréquemment noté pour la stabilité qu’il tire de son aromaticité. Cependant, les composés aromatiques peuvent participer à une variété de réactions chimiques, y compris une gamme de réactions de substitution, de couplage et d’hydrogénation. Les électrons du système pi du cycle benzénique sont responsables de la réactivité observée. Bien que les composés aromatiques soient mieux représentés par une densité électronique continue uniformément répartie autour du noyau aromatique, l’alternance de liaisons simples et doubles qui est couramment dessinée est très utile pour prédire la réactivité des composés aromatiques. De nombreuses réactions communes aux alcènes (doubles liaisons carbone-carbone) fonctionnent également de manière similaire avec les » doubles liaisons » des composés aromatiques, bien que généralement la barrière d’activation soit plus élevée en raison de la force stabilisatrice de l’aromaticité (environ 36 kcal/mol).
Substitution aromatique
Un exemple de réaction de substitution aromatique est présenté ci-dessous. En présence d’acide sulfurique et nitrique fort, un groupe nitro peut être ajouté au cycle.
Substitutions aromatiques nucléophiles
Dans une réaction de substitution aromatique nucléophile, un nucléophile déplace un substituant sur un cycle aromatique. L’espèce remplacée est généralement un bon groupe partant, comme l’azote gazeux ou un ion halogénure. La présence d’un groupe attracteur d’électrons sur le cycle peut accélérer la progression de cette classe de réactions. Chimiquement, cela est similaire à une réaction d’addition à un accepteur de Michael ou à un autre système insaturé déficient en électrons, suivie d’une réaction d’élimination.
Substitutions aromatiques électrophiles
Dans une réaction de substitution aromatique électrophile, un substituant sur un cycle aromatique est déplacé par un électrophile. Ces réactions comprennent la nitration aromatique, l’halogénation aromatique, la sulfonation aromatique et les acylations et alkylations de Friedel-Crafts. Ces réactions peuvent impliquer un intermédiaire carbocation stabilisé par résonance, connu sous le nom de complexe sigma. La réactivité peut être pensée en termes d’un alcène attaquant une espèce cationique, comme dans la première étape d’une hydratation d’un alcène catalysée par un acide.
Un certain nombre de modèles ont été observés concernant la réaction des cycles benzéniques substitués. Ces observations ont été généralisées pour fournir une règle prédictive pour les substitutions aromatiques électrophiles. Elle stipule qu’un substituant donneur d’électrons accélère généralement la substitution et dirige la réactivité vers les positions qui lui sont ortho et para sur le cycle, tandis qu’un substituant attracteur d’électrons ralentit la progression de la réaction et favorise la position méta sur le cycle.
Réactions de couplage
Les réactions de couplage sont des réactions impliquant un catalyseur métallique qui peuvent entraîner la formation d’une liaison carbone-carbone entre deux radicaux.
Hydrogénation
L’hydrogénation peut être utilisée pour créer un système cyclique entièrement saturé. Cela est similaire à l’hydrogénation d’un alcène pour former un alcane, bien que plus difficile en raison de la stabilité du système aromatique.
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