question de cours

Catalyse acide en chimie organique

Intro

I- Catalyse par H⁺
                1/ Accroissement de l'électrophilie
                2/ Aide à la rupture de liaisons

II- Catalyse par les acides de Lewis
                1/Rupture de liaisons C-X ou C-O
                2/Adsorption sur un métal

Conclusion

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Intro : Définition de la catalyse , avec présentation de schéma E/CR pour une réaction sans catalyse et  la même en présence d'un catalyseur. L'énergie d'activation de chaque étape est plus faible que l'énergie d'activation de l'étape la plus lente sans catalyse. Ne pas oublier la régénération du catalyseur.
Définition d'un acide : au sens de Bonsted (H⁺, AH )   et au sens de Lewis ( lacune électronique (notée ici ◊ car pas de sympole rectangle dans mon éditeur html...)  : ◊AlCl₃, ◊ZnCl₂, suface active d'un métal très divisé )  

I- Catalyse par H⁺

H⁺ réagit avec les doublets libres des bases organiques, même des bases très faibles, par un équilibre acide base rapide . L'acide conjugué de l'espèce organique est en général plus réactive d'où l'énergie d'activation plus faible.

(Dans les réactions énoncées ci-dessous de présenter que les étapes relatives à la catalyse : fixation du catalyseur, action suivante facilitée, puis régénération . Vous montrez ainsi votre maitrise de l'analyse des mécanismes )

                1/ Accroissement de l'électrophilie      

• Estérification d'un acide par un alcool ( on présente écrit : add de H⁺ sur =O  -justifier-, addition nucléophile de l'alcool...-> -> ->oral->->->  ester protoné (écrit) qui perd spontanément son proton par éq A/B )
• C=O  : acétalisation par l'ethylène glycol en milieu acide  (on présente, écrit : add de H⁺ , addition nucléophile de l'alcool...-> -> ->(oral) ->-> acétal protoné (écrit) perd son proton dans la dernière étape : régénération )  . Ne pas effacer...    

                2/ Aide à la rupture de liaisons  

• régénération de C=O à partir d'un acétal  (Reprendre ce qui est écrit au tableau et rajouter éventuellement la rupture de la liaison par action de l'eau )
• déshydratation d'un alcool ( on présente  tout !, ne pas effacer ) 
• addition d'eau sur un alcène ( Reprendre ce qui est écrit à propos de la deshydratation )
• ouverture d'un époxyde en milieu acide par un alcool ou de l'eau

II- Catalyse par les acides de Lewis

Cette catalyse aide à rompre des liaisons entre un atome de carbone et un atome plus électronégatif, portant un doublet libre:
                1/Rupture de liaisons C-X ou C-O

• Alkylation de Friedel et Crafts par ◊AlCl₃ : Mécanisme complet, avec régénération du catalyseur. Reprendre le schéma E/CR sur cet exemple en évoquant le problème du réarrangement du C+ . 
• Test de Lucas (R-OH + ◊ZnCl₂    + HCl  ) .   

                2/Adsorption sur un métal

• Hydrogénation d'un alcène par le dihydrogène (présenter le mécanisme orienté "rôle du métal" , l'aspect stéréochimique donné comme une conséquence )

Conclusion

Il existe d'autres types de catalyseurs :des catalyseurs redox (lampe sans flamme), les complexes particulièrement utiles industriellement (citer le procédé Wacker) , des catalyseurs stéréospécifiques, et des enzymes très sélectives .