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Pourquoi le groupe méthyle est-il dirigé en 2,4 (ou direction ortho-para) ?

 

- Pour résoudre ce problème, dessinez les intermédiaires de réaction. Ce sera évident à ce moment-là.

Pourquoi le groupe méthyle est-il dirigé en 2,4 ?

Le toluène, également appelé méthylbenzène ou phénylméthane est un hydrocarbure aromatique. Il est couramment utilisé en tant que réactif ou solvant, notamment dans le milieu industriel. Il dissout un grand nombre d'huiles, graisses, ou résines (naturelles ou de synthèse). Dans les conditions normales, c'est un liquide transparent à l'odeur caractéristique, rappelant celle du dissolvant pour peinture ou celle du benzène apparenté.

Formule chimique du toluène : C7H8.

Le toluène réagit comme un hydrocarbure aromatique normal par substitution électrophile aromatique. Le groupe méthyle le rend approximativement 25 fois plus réactif que le benzène dans ce genre de réactions.

Lorsque le toluène subit une substitution aromatique électrophile, les produits sont principalement les isomères ortho et para ; généralement, seule une petite quantité de l'isomère méta est produite. Afin d'expliquer cette observation, il y a deux effets à considérer, les effets inductifs et de résonance.

Par induction, le groupe méthyle libère une densité électronique dans le cycle benzénique. Ceci est dû au fait que le groupe méthyle, étant hybridé avec sp3, est moins électronégatif que le carbone aromatique hybridé avec sp2. Le carbone avec plus de s-caractère est plus électronégatif, la densité électronique aime passer des orbitales à s-caractère faible à élevé, car plus il y a de s-caractère dans une orbitale, plus son énergie est faible. Si les arguments inductifs étaient les plus importants, nous nous attendrions à ce que l'isomère ortho prédomine, suivi des isomères méta et para dans cet ordre. Ceci n'est pas observé, l'isomère méta n'est qu'un isomère mineur.

Les arguments de résonance sont basés sur le concept d'hyperconjugaison impliquant les liaisons C-H dans le groupe méthyle. La figure suivante montre certaines des structures de résonance hyperconjugative possibles pour le toluène.

Structure du toluène :

(influence de l'orientation du groupe méthyle due à l'effet +I)

(influence de l'orientation du groupe méthyle due à l'hyperconjugaison)

Des structures de résonance supplémentaires peuvent également être dessinées en utilisant les autres liaisons méthyl C-H. Comme le montrent les structures de résonance, la densité électronique est augmentée aux positions ortho et para, pas à la méta. Cet effet de résonance hyperconjugative rend les carbones ortho et para plus sensibles aux attaques électrophiles.

L'hyperconjugaison explique comment les groupes alkyle peuvent libérer des électrons dans un sens de résonance. L'hyperconjugaison explique l'effet activateur doux d'un groupe alkyle dans la substitution aromatique électrophile et son effet de direction ortho-para [direction 2,4].

Commentaires :

L'hyperconjugaison se produit lorsqu'il y a un chevauchement partiel de la liaison sigma C-H et de l'orbitale p vide adjacente du carbone. Cependant, les structures dessinées suggèrent de contredire cela car la liaison C-H est complètement rompue et une charge positive unitaire est impliquée dans la résonance. En effet, ce qui est dessiné est une forme extrême de structure de résonance avec séparation de charge, qui montre que la liaison C-H doante la densité électronique dans l'anneau (par exemple, l'hyperconjugaison).[1]

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