HYDROCARBURES

 

Les hydrocarbures regroupent un grand nombre de composés toxiques, polluants de l'environnement ou à l'origine d'intoxications professionnelles. Les substances médicamenteuses sont rarement de simples hydrocarbures, cependant un certain nombre d'entre eux sont utilisés comme excipients. Ils forment en outre le "squelette" de toute substance organique.

 

CLASSIFICATION

 

On reconnaît six séries homologues, c'est-à-dire six "séries de composés ayant une structure uniforme, pouvant être représentés par une formule générale et montrant une graduation linéaire des propriétés physiques" (en particulier point de fusion, point d'ébullition et solubilité). L'évolution des propriétés à l'intérieur d'une même série peut être quantifiée à l'aide d'indices qui sont utilisés pour prévoir à partir de la structure d'un composé sa réactivité biologique. Cette méthode peut être généralisée aux substances fonctionnalisées (alcools, halogénures ... etc. : travaux de HANSCH)

 

 

	aliphatiques	alicycliques
saturés	ALCANES	CYCLANES
	ALCENES	CYCLENES
insaturés	ALCYNES
	HYDROCARBURES AROMATIQUES

 

1- ALCANES ET CYCLANES

1.1- STRUCTURE ET NOMENCLATURE

1.1.1- Alcanes

 

ALCANES (CnH2n+2) ALKYLIDENES	groupements ALKYLES
méthane CH4 méthylidène = méthylène CH2<	méthyle - CH3 (Me)
éthane CH3-CH3 éthylidène CH3-CH<	éthyle - CH2 - CH3 (Et)
propane C3H8	propyle - CH2 - CH2 - CH3 (Pr) isopropyle - CH (CH3)2 (iPr)
butane C4Hl0	butyle - CH2 - CH2 - CH2 - CH3 (Bu)
	isobutyle - CH2 - CH (CH3)2 (i Bu)
	tertiobutyle - C (CH3)3 (t-Bu)
pentane C5H12	pentyle = amyle - CH2 - CH2 - CH2 - CH2 - CH3
	Isopentyle - CH (C2H5)2
	isoamyle - CH2-CH2-CH (CH3)2
	néopentyle - CH2 - C (CH3)3
octane CH3-(CH2)6-CH3	octyle - CH2 -(CH2)6- CH3

 

 

Nota :

- groupements alkylidènes, exemples

                           CH2C12 chlorure de méthylène

                           CH2 (OH) - CH2 (OH) éthylène glycol

- positionnement par rapport à un C fonctionnalisé

 

1.1.2- Cyclanes

Nous nous contenterons de quelques éléments de représentation.

 

- Cyclohexane (représentation en perspective):

    - Ha: hydrogènes axiaux (verticaux, vers le haut si sommet monte et inversement)

    - He: hydrogènes équatoriaux (parallèles aux côtés situés en a-b )

 

- Décaline (représentation plane)

 

 

 

1.2- PROPRIETES PHYSIQUES ET CHIMIQUES

 

Les liaisons C-C et C-H n'étant pas polarisées, les alcanes sont des composés apolaires et inertes.
Apolaires: ils sont insolubles dans l'eau et solubles dans les solvants organiques non polaires.
Inertes: ceci est rappelé par le terme de "paraffine", du latin "parum affinis " (quia peu d'affinité), utilisé en anglais pour désigner tous les alcanes ("paraffinic hydrocarbons") et en français un mélange d'hydrocarbures saturés extrait du pétrole, utilisé comme excipient pour pommades, ....
La préparation des diverses fractions de pétrole utilise cette inertie: les alcanes sont distillés après un traitement à l'acide sulfurique concentré et chaud qui détruit tout autre composé.

 

Hydrocarbon	Formula	b.p. (°C)	m.p. (°C)
Méthane	CH4	-162	-188
Ethane	CH3-CH3	-87	-172
Propane	CH3-CH2-CH3	-42	-187
n-Butane	CH3-(CH2)2-CH3	-0,5	-135
n-Pentane	CH3-(CH2)3-CH3	+36	-130
n-Hexane	CH3-(CH2)4-CH3	69	-94
n-Heptane	CH3-(CH2)5-CH3	98,4	90
n-Octane	CH3-(CH2)6-CH3	125,6	-57
n-Nonane	CH3-(CH2)7-CH3	149,5	-51
n-Decane	CH3-(CH2)8-CH3	173	-32
n-Undecane	CH3-(CH2)9-CH3	195	-26,5
n-Dodecane	CH3-(CH2)10-CH3	21 5	-1 2
n-Tridecane	CH3-(CH2)11-CH3	234	-6,2
n-Tetradecane	CH3-(CH2)12-CH3	252	+5
n-Pentadecane	CH3-(CH2)13-CH3	270	1 0
n-Hexadecane	CH3-(CH2)14-CH3	287	1 8
n-Heptadecane	CH3-(CH2)15-CH3	303	22,5
n-Octadecane	CH3-(CH2)16-CH3	317	28
n-Nonadecane	CH3-(CH2)17-CH3	330	32
n-Eicosane	CH3-(CH2)18-CH3	208/15mn	37
n-Heneicosane	CH3-(CH2)19-CH3	219/15	40,4
n-Docosane	CH3-(CH2)20-CH3	230/15	44,4
n-Tricosane	CH3-(CH2)21-CH3	240/15	47,7
n-Tetracosane	CH3-(CH2)22-CH3	250/15	51,1

 

 

1.3- REACTIVITE BIOLOGIQUE

 

Les alcanes volatils sont bien absorbés par voie pulmonaire et diffusent ensuite jusqu'au système nerveux central grâce à leur grande lipophilie: ce sont des toxiques nerveux, le cyclopropane était anciennement utilisé comme anesthésique général.

Les biotransformations sont limitées: hydroxylations microsomiales plus ou moins suivies de glucurono- ou sulfo-conjugaisons.
Les alcanes liquides à longue chaîne ne sont pas absorbés par voie orale (l'huile de paraffine permet ainsi l'évacuation du contenu digestif et limite l'absorption des toxiques).

 

 

2- ALCENES (en anglais "olefines")

 

 

Alcènes	Groupements alcènyles
Ethylène CH2 = CH2	(éthylène) vinyle - CH = CH2
Propène CH3 - CH = CH2	allyle(propène-2-yle) - CH2 - CH = CH2
	propényle (isoallyle) - CH = CH - CH3
	isopropényle - C (CH3) = CH2
Butène-1 CH2 = CH - CH2 - CH3	butényle - CH = CH - CH2 - CH3
Butène-2 CH3 - CH = CH - CH3	crotyle (crotonyle) - CH2 - CH = CH - CH3
Isobutène (méthyl-2propène) CH2 = C (CH3)2	isobutényle - CH = C (CH3)2
Diènes
Cumulés (allènes) : exemple, l'allène CH2 = C = CH2
Conjugués : exemple, l'isopropène CH2 = CH (CH3) - C = CH2
(l'isopropène est à l'origine des terpènes eux-mêmes très voisins des composés stéroïdiques.)

 

 

2.2- PROPRIETES PHYSIQUES ET CHIMIQUES

Les propriétés physiques et chimiques des alcènes sont très voisines de celles des alcanes; les 3 premiers membres de la série sont gazeux, ceux de C5 à C 15 liquides et les plus lourds solides à la température ambiante.
L'introduction d'une insaturation dans une molécule accroît sa lipophilie.

 

 

2.2.1- Réactions d'additions

Les réactions d'addition sont principalement ioniques; elles concernent surtout les halogènes (X2), les hydracides halogénés (HX), les acides hypohalogéneux (HOX), les acides organiques (HOOC-R), l'eau (hydratation sulfurique), et les alcènes eux mêmes (polymérisation: polyéthylène, isoprène, terpènes).
Elles sont alors catalysées par H+ .
Parfois radicalaires, elles concernent par exemple: Br2, H-SH, Cl-C Cl3, Br-C Cl3 ... et sont catalysées par les peracides.
Ex: décoloration de l'eau de Brome (Brome à saturation dans l'eau); signe la présence d'une insaturation.

 

 

De la même façon le brome d'iode (I+ Br-) conduit au produit d'addition:

 

L'iodure en excès est converti en iode après adjonction d'iodure de potassium: IK+IBr ->I2+KBr. L'iode peut-être dosé par une solution titrée de thiosulfate de sodium.

Application: détermination de l'indice d'iode qui caractérise le degré d'insaturation des huiles utilisées en pharmacie galénique ou des matières grasses de l'alimentation.

 

2.2.2- Oxydations

- Le permanganate de potassium (KMn04) à chaud entraîne une scission avec oxydation des produits formés

 

une telle oxydation est une étape de la purification de nombreuses substances non oxydables. Ex.: cocaïne.
 

- Ozonolyse: scission avec conservation des produits formés.
 

- Peracides: formation d'époxydes

 

Cette réaction a été utilisée en 1979 par GARNER pour reproduire expérimentalement l'activation de l'AFB1 (mycotoxine présente dans les aliments des animaux et de l'homme) hépatocancérogène puissant, en son dérivé époxyde qui est reconnu depuis lors comme le métabolite responsable de la toxicité. In vivo l'époxydation de l'AFB1 est principalement réalisée par les monooxygénases cytochrome P450 dépendantes.

De nombreux composés insaturés tels le benzène, le bromobenzène et les hydrocarbures polycycliques aromatiques doivent leur pouvoir nécrogène ou cancérogène à une activation de ce type (cf réactivité biologique).

 

- Peroxydation et oxydation allylique : la peroxydation des alcènes par l'oxygène de l'air se réalise facilement en présence de lumière et d'impuretés (ions métalliques). La présence d'un H en a autorise un réarrangement aboutissant à l'oxydation allylique.

Une telle oxydation est également à l'origine du rancissement des matières grasses.

 

2.2.3- Réductions:

Les réactions de réduction des alcènes sont principalement catalytiques (LiAlH4, HCl et Zinc à chaud), elles offrent peu d'intérêt en pharmacie et ne sont pas décrites in vivo.

 

2.3- REACTIVITE BIOLOGIQUE

Les alcènes sont moins utilisés que les alcanes en tant qu'excipient en raison de leur mauvaise stabilité (grande réactivité chimique); on préfère de même les huiles saturées aux huiles insaturées (d'où l'intérêt de la détermination de l'indice d'iode des huiles).

Rappelons que l'introduction d'une Maturation dans une molécule accroît sa lipophilie et modifie donc son devenir dans l'organisme (cf barbituriques).

L'époxydation microsomiale représente la principale des biotransformations des alcènes. L'époxyde ainsi formé est très instable (forte tension de cycle), il se décompose en alcool (la réaction peut être facilitée par une enzyme: l'époxyde hydrolase [EH] cytosolique), est conjugué au glutathion (spontanément ou par catalyse par les glulathion transférases [GSH-t] cytosoliques ou microsomiales) ou se fixe de façon covalante aux sites nucléophiles de la cellule (azote de la lysine, thiols des protéines, azote en position 7 de la guanine).

 

3- ALCYNES

Très peu rencontrés en pharmacie.

3.1- NOMENCLATURE

 acétylène (éthyne): HCCH        éthynyle: -CCH

3.2- REACTIVITE

 

3.3- UTILISATION

De nombreux microorganismes sécrètent des composés polyacétyléniques.

La mycomycine : HCC - CC - CH = C = CH - (CH = CH)2 - CH2 - COOH est un antibiotique antifongique.

 

4- HYDROCARBURES AROMATIQUES

 

4.1- STRUCTURE ET NOMENCLATURE

 

4.1.1- HYDROCARBURES SIMPLES

 

 

4.1.2- HYDROCARBURES COMPLEXES

 

Les hydrocarbures aromatiques sont extraits du goudron de houille et sont séparés en fonction de let point d'ébullition: jusqu'à 100°C pour le benzène, le toluène et les xylènes; de 180 à 210°C pour les phénols; vers 230°C pour le naphtalène et au delà de 300°C pour l'anthracène et le phénanthrène. Ces dernier composés sont solides à la température ordinaire, les premiers sont des solvants très employés ma: dangereux car toxiques: on recommande en particulier aujourd'hui de proscrire le benzène pour 1 remplacer par le toluène, moins dangereux.

La principale réaction des composés aromatiques est la substitution électrophile qui ne sera pas décrit ici. Il est bon toutefois de rappeler les principaux agents de substitution.

 

SUBSTITUTIONS	AGENTS			REACTIFS
Nitration	N02+,	ion nitronium		HN03 concentré
				H2S04 concentré
Nitrosation	NO+,	ion nitrosonium		HCI
				NaNO2 (nitrite de sodium)
Sulfonation	S03H+,	ion sulfonium		H2S04 fumant = oléum
				=H2S04+S03
Halogénation	CI+,	ion chloronium		CI 2
				AIC13 (catalyseur)
Acylation	R-CO+,		ion acylium	RCO-CI + AICl3 (catalyseur)
				ou (RCO)20 + AICl3(-)
Alkylation	R+,	ion alkylium		R-CI
				AICl3 (catalyseur)

 

 

Les hydrocarbures aromatiques sont susceptibles de réaliser également un certain nombre de réaction radicalaires Exemple l:

Conséquence: on ne peut pas stériliser les solutions aqueuses contenant des substances aromatiques par les radiations ionisantes.

 

 

4.3- REACTIVITE BIOLOGIQUE

La réactivité biologique des hydrocarbures aromatiques est souvent secondaire à leur biotransformation par différentes mono-oxygénases, principalement P450 dépendantes.
A titre d'exemple le Benzopyrène subit une activation par le Cyt P450 en 9,10-époxyde qui est ensuite hydrolysé par l'époxyde hydrolase. Une seconde époxydation en position 11-12 conduit à un intermédiaire très réactif qui est fixé par les bases nucléophiles des acides nucléiques: