Chimie organique : réactivité et mécanismes réactionnels

En chimie organique, un nucléophile est riche en électrons et attaque un site pauvre en électrons appelé électrophile. Cette lecture acide-base de Lewis permet de prévoir le sens des flèches de mécanisme. Par exemple, dans le groupe carbonyle C=O, le carbone est électrophile car il est appauvri par l'oxygène plus électronégatif. Un alcool ou un ion hydroxyde peut alors attaquer ce carbone. Dans le quotidien, l'action d'un antiseptique ou la synthèse d'un arôme implique souvent une rencontre nucléophile/électrophile.

La substitution nucléophile remplace un groupe partant par un nucléophile. En SN2, l'attaque dorsale et le départ du groupe partant se font en une étape concertée, avec inversion de configuration. En SN1, le groupe partant part d'abord pour former un carbocation, puis le nucléophile attaque. La SN2 est favorisée par un substrat primaire, un nucléophile fort et un solvant polaire aprotique ; la SN1 par un substrat tertiaire, un solvant polaire protique et un carbocation stable. La vitesse de SN2 dépend des concentrations du substrat et du nucléophile.

Les éliminations E1 et E2 retirent un atome d'hydrogène et un groupe partant pour créer une double liaison. E2 est concertée et favorisée par une base forte et un chauffage, tandis que E1 passe par un carbocation. À l'inverse, un alcène riche en électrons subit surtout des additions électrophiles : un électrophile attaque la liaison π, puis un nucléophile complète la réaction. La substitution électrophile aromatique est particulière : elle préserve l'aromaticité via un intermédiaire arenium. Dans la vie courante, le dibrome décoloré par une huile insaturée illustre l'addition sur un alcène.

Un mécanisme ne sert pas seulement à dessiner des flèches : il permet de prévoir le produit majoritaire, la vitesse et la stéréochimie. Les règles de régiosélectivité comme Markovnikov et les effets stériques expliquent pourquoi plusieurs produits ne sont pas équivalents. En biologie, une enzyme impose une orientation précise aux réactifs : seule une géométrie donnée entre dans le site actif. C'est pourquoi l'ibuprofène S est anti-inflammatoire alors que l'énantiomère R est beaucoup moins actif. Comprendre ces mécanismes aide aussi à interpréter la synthèse de médicaments comme l'aspirine ou le paracétamol.