Le groupe méthyle ou méthyle est un substituant alkyle dont la formule chimique est CH 3. C'est le plus simple de tous les substituants de carbone en chimie organique, il a un seul carbone et trois hydrogènes; dérivé du gaz méthane. Parce qu'il ne peut se lier qu'à un autre carbone, sa position indique la fin d'une chaîne, sa terminaison.
Dans l'image ci-dessous, il y a l'une des nombreuses représentations de ce groupe. Les sinuosités à sa droite indiquent que derrière la liaison H 3 C, il peut y avoir n'importe quel atome ou substituant; un alkyle, R, aromatique ou aryle, Ar, ou un hétéroatome ou un groupe fonctionnel, tel que OH ou Cl.
Le groupe méthyle est le plus simple des substituants carbonés en chimie organique. Source: Su-no-G
Lorsque le groupe fonctionnel attaché au méthyle est OH, on a l'alcool méthanol, CH 3 OH; et si c'est Cl, alors nous aurons du chlorure de méthyle, CH 3 Cl. Dans la nomenclature organique, il est simplement appelé «méthyle» précédé du numéro de sa position dans la plus longue chaîne carbonée.
Le groupement méthyle CH 3 est facile à identifier lors des élucidations de structures organiques, notamment grâce à la spectroscopie par résonance magnétique nucléaire au carbone 13 (RMN 13 C). À partir de celui-ci, après de fortes oxydations, des groupes COOH acides sont obtenus, étant une voie de synthèse pour synthétiser les acides carboxyliques.
Représentations
Représentations possibles pour le groupe méthyle. Source: Jü via Wikipedia.
Ci-dessus, nous avons les quatre représentations possibles en supposant que CH 3 est lié à un substituant alkyle R. Tous sont équivalents, mais en allant de gauche à droite les aspects spatiaux de la molécule sont évidents.
Par exemple, R-CH 3 donne l'impression qu'il est plat et linéaire. La représentation qui suit démontre les trois liaisons covalentes CH, qui permettent d'identifier le méthyle dans n'importe quelle structure de Lewis et donnent la fausse impression d'être un croisement.
Puis, en continuant vers la droite (l'avant-dernière), l'hybridation sp 3 est observée au niveau du carbone CH 3 en raison de sa géométrie tétraédrique. Dans la dernière représentation, le symbole chimique du carbone n'est même pas écrit, mais le tétraèdre est conservé pour indiquer quels atomes H sont devant ou derrière le plan.
Bien que ce ne soit pas dans l'image, une autre manière très récurrente de représenter CH 3 consiste simplement à placer le tiret (-) «nu». Ceci est très utile pour dessiner de grands squelettes en carbone.
Structure
Structure du groupe méthyle représenté par le modèle des sphères et barres. Source: Gabriel Bolívar.
L'image du haut est la représentation tridimensionnelle de la première. La sphère noire brillante correspond à l'atome de carbone, tandis que les blanches sont les atomes d'hydrogène.
Encore une fois, le carbone a un environnement tétraédrique à la suite de son sp 3 hybridation, et en tant que tel est un groupe relativement volumineux, avec ses rotations de liaisons CR stériquement encombré; c'est-à-dire qu'il ne peut pas tourner car les sphères blanches interféreraient avec les nuages électroniques de leurs atomes voisins et ressentiraient leur répulsion.
Cependant, les liaisons CH peuvent vibrer, tout comme la liaison CR. Par conséquent, CH 3 est un groupe de géométrie tétraédrique qui peut être élucidé (déterminé, vérifié) par spectroscopie à rayonnement infrarouge (IR), comme le peuvent tous les groupes fonctionnels et les liaisons carbone avec des hétéroatomes.
Cependant, la chose la plus importante, est son élucidation par 13 C-RMN. Grâce à cette technique, la quantité relative de groupes méthyle est déterminée, ce qui permet d'assembler la structure moléculaire.
Généralement, plus une molécule a de groupes CH 3, plus ses interactions intermoléculaires seront "maladroites" ou inefficaces; c'est-à-dire que plus leurs points de fusion et d'ébullition seront bas. Les groupes CH 3, à cause de leurs hydrogènes, "glissent" les uns contre les autres lorsqu'ils s'approchent ou se touchent.
Propriétés
Le groupe méthyle est caractérisé en ce qu'il est essentiellement hydrophobe et apolaire.
Cela est dû au fait que leurs liaisons CH ne sont pas très polaires en raison de la faible différence entre les électronégativités du carbone et de l'hydrogène; De plus, sa géométrie tétraédrique et symétrique répartit ses densités d'électrons de manière quasi homogène, ce qui contribue à un moment dipolaire négligeable.
En l'absence de polarité, le CH 3 «s'échappe» de l'eau en se comportant comme un hydrophobe. Par conséquent, si on le voit dans une molécule, on sait que cette extrémité méthyle n'interagira pas efficacement avec l'eau ou un autre solvant polaire.
Une autre caractéristique du CH 3 est sa relative stabilité. À moins que l'atome qui lui est lié supprime la densité électronique, il reste pratiquement inerte contre les milieux acides très forts. Cependant, on verra qu'il peut participer à des réactions chimiques, principalement en ce qui concerne son oxydation, ou sa migration (méthylation) vers une autre molécule.
Réactivité
Les oxydations
Le CH 3 n'est pas libre de s'oxyder. Cela signifie qu'il est susceptible de former des liaisons avec l'oxygène, le CO, s'il réagit avec des agents oxydants puissants. En s'oxydant, il se transforme en différents groupes fonctionnels.
Par exemple, sa première oxydation donne naissance au groupement méthiol (ou hydroxyméthyl), CH 2 OH, un alcool. Le second, dérive dans le groupe formyle, CHO (HC = O), un aldéhyde. Et le troisième, enfin, permet sa conversion en groupe carboxyle, COOH, un acide carboxylique.
Cette série d'oxydations est utilisée pour synthétiser l'acide benzoïque (HOOC-C 6 H 5) à partir du toluène (H 3 C-C 6 H 5).
Ion
CH 3 pendant le mécanisme de certaines réactions peut gagner des charges électriques momentanées. Par exemple, lorsque le méthanol est chauffé en milieu acide très fort, en l'absence théorique de nucléophiles (chercheurs de charges positives), le cation méthyle, CH 3 +, se forme, car la liaison CH 3 -OH et l'OH sont rompus sort avec la paire d'électrons de la liaison.
L'espèce CH 3 + est tellement réactive qu'elle n'a été déterminée qu'en phase gazeuse, car elle réagit ou disparaît à la moindre présence d'un nucléophile.
D'autre part, un anion peut également être obtenu à partir de CH 3: le méthanide, CH 3 -, le carbanion le plus simple de tous. Cependant, comme le CH 3 +, sa présence est anormale et ne se produit que dans des conditions extrêmes.
Réaction de méthylation
Dans la réaction de méthylation, un CH 3 est transféré à une molécule sans produire de charges électriques (CH 3 + ou CH 3 -) dans le processus. Par exemple, l'iodure de méthyle, CH 3 I, est un bon agent de méthylation et peut remplacer la liaison OH de diverses molécules par une liaison O-CH 3.
En synthèse organique, cela n'entraîne aucune tragédie; mais oui quand ce qui est méthylé en excès, ce sont les bases azotées de l'ADN.
Références
- Morrison, RT et Boyd, R, N. (1987). Chimie organique. 5e édition. Éditorial Addison-Wesley Interamericana.
- Carey F. (2008). Chimie organique. (Sixième édition). Mc Graw Hill.
- Graham Solomons TW, Craig B. Fryhle. (2011). Chimie organique. Amines. (10e édition.). Wiley Plus.
- Rahul Gladwin. (23 novembre 2018). Méthylation. Encyclopædia Britannica. Récupéré de: britannica.com
- Danielle Reid. (2019). Groupe méthyle: structure et formule. Étude. Récupéré de: study.com
- Wikipédia. (2019). Groupe méthyle. Récupéré de: en.wikipedia.org