Chimie organique
Pyridine, indole, furane, thiophène
Les hétérocycles aromatiques remplacent un ou plusieurs carbones d’un cycle de type benzène par des hétéroatomes, modifiant basicité, distribution électronique et réactivité.
IntuitionIntuition : un hétéroatome donne sa personnalité au cycle
Remplacer un carbone du benzène par de l’azote rend la distribution électronique non uniforme. Dans la pyridine, la paire libre de N reste hors du système π et peut fixer un proton ; dans le furane, une paire de O participe au sextet aromatique, ce qui réduit fortement la basicité.
ScolaireNiveau scolaire : noms, formules et exemples courants
Définition:
Composé cyclique dont le cycle contient des atomes autres que le carbone, souvent N, O ou S. Les hétérocycles aromatiques possèdent un système π conjugué cyclique qui confère une stabilité particulière.
La pyridine est un cycle à six atomes C₅H₅N analogue à un aza-benzène. L’indole est un benzène condensé à un pyrrole, présent dans le tryptophane, la sérotonine et de nombreux colorants. Le furane et le thiophène sont des cycles à cinq atomes contenant O et S, plus riches en électrons que le benzène.
| Cycle | Formule | Traits principaux |
|---|---|---|
| Pyridine | C₅H₅N | Paire libre basique, ligand |
| Indole | C₈H₇N | Benzène condensé au pyrrole ; riche en électrons |
| Furane | C₄H₄O | Paire libre de O dans l’aromaticité |
| Thiophène | C₄H₄S | Plus proche du benzène que le furane |
UniversitaireUniversité : distribution électronique et substitution électrophile
Dans la pyridine, l’azote électronégatif retire la densité π, ce qui rend le cycle moins réactif que le benzène en substitution électrophile aromatique, le site 3 étant le plus favorable. Dans le furane, le thiophène, le pyrrole et l’indole, l’hétéroatome donne de la densité électronique ; les cycles sont riches en électrons et le site de substitution dépend de sa position et du type d’hétéroatome.
Exemple: Comparer la basicité
La pyridine est une base beaucoup plus forte que le pyrrole. Pourquoi sa paire libre accepte-t-elle plus facilement un proton ?
Solution
Dans la pyridine, la paire libre de N occupe une orbitale sp² dans le plan du cycle et ne participe pas au sextet aromatique : la protonation ne détruit pas l’aromaticité. Dans le pyrrole, cette paire fait partie du sextet π ; la protonation supprimerait la stabilisation aromatique.
Références
- Heterocyclic Chemistry (5th ed.) · John A. Joule, Keith Mills, 2010