Additions et organomagnésiens

Le magnésium ($\chi \approx 1,3$) est bien moins électronégatif que le carbone ($\chi \approx 2,5$) : la liaison $\mathrm{C}-\mathrm{Mg}$ est fortement polarisée, le doublet est déplacé vers le carbone, qui acquiert un caractère de carbanion ${\mathrm{R}}^{-}$ (inverse de la polarité usuelle ${\mathrm{C}}^{\delta +}$ des dérivés halogénés — c'est l'umpolung).

Conséquence nucléophile : ${\mathrm{R}}^{-}$ attaque les centres pauvres en électrons, en particulier le carbone du carbonyle (section 3). Conséquence basique : ${\mathrm{R}}^{-}$ capte tout proton acide. Face à l'eau :

L'organomagnésien est détruit (formation de l'alcane $\mathrm{R}-\mathrm{H}$) avant même de pouvoir jouer son rôle de nucléophile. D'où la règle absolue : verrerie et solvant parfaitement secs. C'est aussi pourquoi on ne prépare pas de magnésien portant sur la même molécule une fonction acide (–OH, –NH, –COOH) : elle s'autodétruirait.

Mécanisme (deux temps). (1) Le carbone ${\mathrm{R}}^{-}$ de l'organomagnésien attaque le carbone électrophile du carbonyle ; le doublet $\pi$ de $\mathrm{C}=\mathrm{O}$ bascule sur l'oxygène, qui devient un alcoolate (lié au $\mathrm{Mg}$). (2) L'hydrolyse acide finale protone l'alcoolate en alcool :

Classification des produits (une addition ajoute un groupe $\mathrm{R}$ et transforme le $\mathrm{C}=\mathrm{O}$ en $\mathrm{C}-\mathrm{OH}$) :

• sur le méthanal $\mathrm{HCHO}$ ⟹ alcool primaire ;
• sur un aldéhyde ${\mathrm{R}}^{\prime }\mathrm{CHO}$ ⟹ alcool secondaire ;
• sur une cétone ${\mathrm{R}}^{\prime }\mathrm{CO}{\mathrm{R}}^{\prime \prime }$ ⟹ alcool tertiaire ;
• sur le dioxyde de carbone $\mathrm{C}{\mathrm{O}}_2$ ⟹ après hydrolyse, un acide carboxylique $\mathrm{R}-\mathrm{COOH}$ (une seule addition, le carboxylate étant stabilisé).

Réflexe de rétrosynthèse : pour fabriquer un alcool, couper une liaison $\mathrm{C}-\mathrm{C}$ adjacente au $\mathrm{C}-\mathrm{OH}$ ; l'un des fragments devient un magnésien, l'autre un composé carbonylé.

L'acétalisation est un équilibre : $\mathrm{C}=\mathrm{O}+2{\mathrm{R}}^{\prime }\mathrm{OH}\rightleftharpoons \mathrm{C}(\mathrm{O}{\mathrm{R}}^{\prime }{)}_2+{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}$, catalysé par ${\mathrm{H}}^{+}$. On le déplace dans le sens voulu par la loi de Le Chatelier :

• Protéger (former l'acétal) : opérer avec excès d'alcool et éliminer l'eau (distillation azéotropique, desséchant) — l'équilibre est poussé vers l'acétal.
• Déprotéger (régénérer le carbonyle) : hydrolyse en milieu acide aqueux (grand excès d'eau) — l'équilibre revient vers le carbonyle.

Pourquoi c'est utile. L'acétal ne réagit ni avec les bases, ni avec les nucléophiles, ni avec les organomagnésiens (plus de carbone électrophile). On peut donc « masquer » un carbonyle le temps de faire réagir ailleurs dans la molécule (par exemple un magnésien sur une autre fonction), puis « démasquer » par hydrolyse acide. La protection est la clé des synthèses multi-étapes où plusieurs fonctions coexistent.