Réaction haloforme

La réaction haloforme est la réaction chimique consistant à synthétiser un haloforme, c'est-à-dire un trihalogénométhane avec trois atomes halogènes identiques (chloroforme (CHCl₃), iodoforme (CHI₃), bromoforme (CHBr₃) — le fluoroforme (CHF₃) ne pouvant être obtenu par cette réaction), par l'halogénation d'une cétone méthylée (une molécule présentant la chaine R-C(=O)-CH₃) en milieu basique^[1].

Historique

La réaction haloforme est l'une des plus vieilles réaction organique décrite en tant que tel^[2].

En 1822, Georges Serullas^[3] fit réagir de l'éthanol avec du diiode et de l'hydroxyde de sodium dans l'eau, formant du formate de sodium et de l'iodoforme, appelé alors hydroïodide de carbone. En 1831, Justus von Liebig rapporta la réaction du chloral avec l'hydroxyde de calcium formant chloroforme et formate de calcium. Cette réaction fur redécouverte par Adolf Lieben en 1870^[4]. C'est pourquoi le « test iodoforme » est parfois appelé la réaction haloforme de Lieben. Un récapitulatif historique sur la réaction haloforme fut publiée en 1934^[5].

Réactifs

Les seuls réactifs susceptibles de réagir par la réaction haloforme sont les cétones méthylées et les alcools secondaires qui peuvent être oxydés en cétones méthylées, comme par exemple l'isopropanol. L'halogène utilisé peut être dichlore (Cl₂), le dibrome (Br₂) ou le diiode (I₂), mais pas le difluor (F₂) (voir mécanisme ci-dessous).

Mécanisme général

La première étape de ce mécanisme est la transformation du dihalogène en ion hypohalite (ion XO^-), par réaction avec un ion hydroxyde (soude, potasse, etc.):

X₂ + OH⁻→ XO⁻+ X⁻ + H⁺ (X = Cl, Br, I)

À ce stade intervient une première limite au mécanisme. Si la réaction se produit convenablement avec le dichlore (Cl₂), le dibrome (Br₂) ou le diiode (I₂), le difluor (F₂) ne réagit lui pas bien. En effet, l'ion hypofluorite (FO^-) est beaucoup trop instable pour être synthétisé de cette façon, et pouvoir ensuite être utilisé pour la suite de la synthèse, ce qui interdit la synthèse du fluoroforme par cette réaction. Il est cependant possible de le synthétiser à partir de l'intermédiaire suivant, R-(C=O)-CF₃, suivant les réactions à partir de la troisième étape.

Si le second réactif utilisé n'est pas une cétone méthylée, mais un alcool secondaire oxydable en cétone méthylée, celui-ci est oxydé par l'ion hydroxyde en présence de dihalogène:

La seconde étape est la réaction de la cétone méthylée avec l'ion hypohalite.

• Cette étape commence par l'arrachage d'un hydrogène du groupe méthyle par la base, stabilisé par l'équilibre de tautomérie entre la forme cétone et la forme énolate :

• L'énolate subit ensuite une attaque électrophile de la part de l'ion hypohalite:

• La cétone monosubsituée subit alors encore deux fois le même mécanisme, jusqu'à l'obtention d'une cétone méthylée complètement substituée:

La troisième étape du mécanisme consiste au départ de l'ion CX₃^-, par un mécanisme de substitution nucléophile acylique par l'ion hydroxyde, formant un carbanion trisubstitué stabilisé par effet inductif.

La dernière étape consiste en une réaction acide base entre le carbanion trisubstitué et l'acide carboxylique, formant l'haloforme et un ion carboxylate.

Utilisations

Cette réaction est traditionnellement utilisée pour déterminer la présence de cétone méthylée, ou d'un alcool secondaire oxydable en cétone méthylée au travers de ce qu'on appelle le test iodoforme.

Cependant, les techniques actuelles de d'analyse chimiques, la spectroscopie RMN ou infrarouge par exemple, tendent à rendre cet usage dépassé, du simple fait que ces techniques ne détruisent pas l'échantillon (RMN) ou en utilise de plus petits, et sont plus facile et rapide à effectuer.

Anciennement cette réaction a été utilisé pour produite de les trois haloformes (chloroforme, iodoforme, bromoforme) de façon industrielle.^{[réf. nécessaire]}

En chimie organique, cette réaction peut servir à convertir une cétone méthylée en acide carboxylique correspondant (non méthylé).

Test iodoforme

test négatif (gauche) et positif (droite)

L'iodoforme (CHI₃) est une substance jaune pâle, qui due à sa masse molaire élevée (due aux trois atomes d'iode) est solide à température ambiante. Il est de plus insoluble dans l'eau, et dégage une odeur proche d'un antiseptique.

Dans un tube à essais où l'on a placé la substance à tester, on rajoute du diiode et de l'hydroxyde de sodium. Si le test est positif, c'est-à-dire que la substance testée contient une cétone méthylée ou un alcool secondaire oxydable en cétone méthylée, un précipité jaune pâle d'iodoforme se forme.

Notes et références

1. ↑ (en) Chakrabartty et W. S. Trahanovsky (dir.), Oxidation in Organic Chemistry, Academic Press, 1978, p. 343-370 
2. ↑ (en) L. Kurti et B. Czako, Strategic Applications of Named Reactions in Organic Synthesis, Academic Press, 2005, 864 p. (ISBN 9780123694836) [présentation en ligne] 
3. ↑ Erreur dans la syntaxe du modèle ArticleG. Serullas, «  », dans Annal. Chim. Phys., vol. 20, 1822, p. 165 
4. ↑ Erreur dans la syntaxe du modèle Article(de) A. Lieben, «  », dans Ann. Spl. Bd., vol. 7, 1870, p. 218 
5. ↑ (en) R. C. Fuson et B. A. Bull, « The Haloform Reaction », dans Chem. Rev., vol. 15, n^o 3, décembre 1934, p. 275-309 (ISSN 0009-2665) [lien DOI]