Thèse de pharmacie présentée à Faculté
des Sciences de l'Université de Paris
pour obtenir le grade de Docteur es
Sciences Physiques
par ¶
Jean Cantacuzène
Etude physico-chimiques sur les
aldéhydes et alcools a-chlorés, évolution des propriétés acido-basiques
soutenue le 23 juin 1904
devant la commission d'examen :
Kirrmann, A., président
Freymann, Josien, examinateurs
RESUME ET CONCLUSION GENERALE
Cette étude nous a permis de mettre en relief l'évolution des propriétés
fonctionnelles des aldéhydes et des alcools, quand on accumule des atomes de chlore sur le
même atome de carbone, situé en
a de la fonction.
L'étude spectrale
ultraviolette des aldéhydes en solution, nous a montré que, dans la généralité des cas,
les spectres d'absorption possèdent une
structure fine accentuée, qui
disparaît par accumulation des substituants en a. L'influence des solvants
non inertes sur ces spectres est très différente de celle observée à propos des aldéhydes aliphatiques par MARONI :
les cétones et aldéhydes halo-gènes les plus substitués sont ceux dont les
spectres, dépourvus de structure,
sont les moins sensibles à l'influence de l'environnement intermoléculaire (solvant), car l'influence de
l'environnement intramoléculaire est déjà très importante.
En application de cette étude spectrale, nous avons pu mettre au point la «méthode à la cyclopentanone » qui permet d'étudier quantitativement les très faibles donneurs d'hydrogène, en les
opposant à la cyclopentanone : c'est une «base» dont la fine raie d'absorption à 323,5 ma est caractéristique du
groupement carbonyle non associé par son atome basique, l'oxygène. Cette méthode est applicable à tout acide
faible, n'absorbant pas les radiations dans la région spectrale indiquée; elle permet une
précision supérieure à celle obtenue
en utilisant les radiations infrarouge.
On a ainsi pu classer les alcools par acidité croissante, dans le sens éthanol --->
trichloroéthanol, ainsi qu'on
pouvait le prévoir qualitativement ; mais l'augmentation de l'acidité des
alcools est de moins en moins marquée
quand on accumule les atomes de chlore en a ; il y a donc un «amortissement» qui peut se
comprendre en termes d'effet
inductif : c'est en effet en ces termes qu'on a justifié la diminution de la polarité des
liaisons individuelles C — X, dans le cas des halogénométhanes, quand on accumule des atomes
d'halogène sur le même atome de
carbone. Ainsi, dans la mesure où l'on relie l'effet inductif au moment
dipolaire d'un groupement C — Cl substitué en a, on conçoit que l'effet inductif exercé par trois groupements C — Cl a substitués soit inférieur
au triple de ce qui est obtenu
pour un seul groupement C— Cl a substitué,
puisque mC -C1(a-trisubstitué) < mC -C1 (isolé).
Ceci se retrouve dans notre
cas à propos des chloroéthanals dont l'accroissement de réactivité (liée à la
charge + du carbone aldéhydique)
va en s'atténuant lors de l'accumulation
d'halogènes en a du groupe carbonyle ; cette
atténuation, alliée à un effet stérique croissant dans le même sens, aboutit au
fait que dans un solvant inerte le chloral a une réactivité égale ou inférieure à celle du dichloroéthanal.
L'effet inductif des halogènes augmente les acidités ; il doit diminuer les
basicités des oxygènes, dans les fonctions aldéhyde et alcool envisagées. Nous avons pu
le montrer par deux méthodes
essentiellement :
La méthode où l'on étudie la couleur de
l'iode dissous permet d'établir un classement par basicités décroissantes quand on accumule les halogènes en a des
groupements fonctionnels OH et C = O ; ce classement est identique à celui obtenu par la «méthode au chloroforme»
qui a été mise au point en collaboration
avec Mlle Maryvonne MARTIN. On peut, par cette méthode, étudier la basicité de très nombreuses molécules, en suivant la
fréquence de résonance magné-tique nucléaire du proton acide du chloroforme.
Pour les basicités également, on a pu constater un certain «amortissement» de la
diminution observée au fur et à
mesure de l'accumulation des halogènes en a.
L'auto association d'un
alcool par ponts d'hydrogène est
considérablement atténuée dans les éthanols de plus en plus chlorés et l'effet
d'accroissement d'acidité des hydrogènes
n'intervient que peu, par rapport à l'effet de diminution de basicité des oxygènes. Ces faits
inconnus et non prévisibles, ont été
établis au moyen de mesures cryoscopiques.
Ceci nous a donné l'occasion de démontrer une formule générale reliant la constante
d'association Kn des polymères d'ordre
supérieur, à la concentration analytique du soluté susceptible de former
réversiblement des longues
chaînes. La valeur 2/Kn est égale a la concentration analytique pour laquelle
le degré d'association moyen est égal à deux.
En application de ces
données initiales qui nous étaient toutes nécessaires, nous avons étudié en solution très diluée la formation
réversible d'hémiacétals, résultant de l'addition d'éthanols chlorés sur des éthanals chlorés.
Le facteur essentiel qui
détermine la stabilité d'un hémiacétal est, d'une part le caractère électrophile du carbone aldéhydique,
d'autre part le caractère nucléophile de l'oxygène alcoolique; la basicité de
l'oxygène aldéhydique et l'acidité de l'hydrogène des alcools n'interviennent pratiquement pas pour déterminer la
stabilité du produit d'addition. Cela est vrai pour les couples aldéhyde-alcool envisagés dans ce travail, mais cette
constatation est très générale et concerne toutes les réactions d'ouverture du groupement
C = 0 par un réactif B — H.
L'équilibre sera d'autant
plus déplacé dans le sens 1 que
le groupement B sera plus basique, et l'on obtient par ordre de réactivité
décroissante, vis-à-vis d'un groupement carbonyle donné aminés secondaires >
alcools aliphatiques > alcools chlorés > acides.
Les acides, par exemple, sont incapables de provoquer l'ouverture des cétones et
aldéhydes habituels; mais si l'on s'adresse à un dérivé carbonyle dont le carbone fonctionnel soit particulièrement
positif, on peut espérer obtenir des composés d'addition suffisamment stables. C'est effectivement le cas
de l'hexafluorocyclobutanone qui fournit avec tous les hydracides halogènes des produits
d'additions stables; ainsi l'équilibre
précédent sera d'autant plus déplacé
dans le sens 1 que le caractère électropositif du groupe carbonyle sera plus accentué, et l'on a,
par ordre de réactivité
décroissante, vis-à-vis d'un réactif B — H donné : hexafluorocyclobutanone >aldéhydes
a chlorés >aldéhydes a
bromes > aldéhydes aliphatiques > aldéhydes conjugués
On connaît en effet l'inaptitude des aldéhydes conjugues à donner des réactions
d'hydratation; dans ces composés, la charge + sur le carbone fonctionnel est fortement
atténuée par la mésomérie :
Une conséquence logique des faits précédents sera l'effet des solvants non
inertes sur l'équilibre envisagé : Nous avons étudié les équilibres précédents, dans trois types de solvants : inerte,
«basique», «acide». On peut prévoir
que la formation des hémiacétals pourra être défavorisée dans le sens 1 de deux façons
au moins :
— si l'on masque ou
«neutralise» en partie les doublets basiques de l'oxygène alcoolique par un solvant de type
acide ;
— si l'on «neutralise» en partie la charge + du carbone aldéhydique par un solvant
de type basique.
C'est bien ce que nous avons observé en comparant les constantes d'équilibre
obtenues dans le chloroforme et dans le dioxane à celles obtenues dans le cyclohexane. Nous avons alors établi une
formule générale qui permet de
rendre compte de façon satisfaisante des modifications de réactivité provoquées
par la solvatation. Ceci a été possible grâce à la faculté que l'on a en chimie organique
de choisir presque à volonté un
solvant parfaitement inerte ou essentiellement «acide» ou surtout «basique»
et on a donc rejoint, par cette étude,
le problème des activités : nous avons montré dans les cas envisagés qu'elles dépendaient de la concentration du
soluté (association des alcools par liaisons hydrogène) et de la nature du solvant utilisé.
Mots clefs : aldéhyde /
solvant / alcool / halogène / carbone / acide / oxygène / méthode / atome / réactivité /
carbonyle / acidité / étude / aldéhydique / spectre / mesure / hémiacétal / éthanol /
concentration / chloroforme / aliphatique / accumulation / structure / stabilité /
solution / soluté / réaction / réactif / radiation / moyen / liaison / cyclopentanone / chlore
/ cétone / basique / application / analytique / accroissement / absorption / ultraviolet /
trichloroéthanol / cantacuzène / kirrmann