Qu’est-ce qu’un cation méthyle ?
Un cation méthyle est un cation dans lequel l’atome d’hydrogène du méthyle (CH4) est enlevé pour former un ion méthyle (CH3+). Il s’agit d’un type de carbocation. Il existe également des carbocations primaires avec un substituant, des carbocations secondaires avec deux substituants et des carbocations tertiaires avec trois substituants.
Utilisations des cations méthyles
Les cations méthyles sont extrêmement peu stables et peuvent difficilement exister en solution. Les cations méthyles ne participent donc pas aux réactions en tant que tels. D’autres carbocations sont présents en tant qu’intermédiaires de réaction dans deux réactions principales
1. Réaction SN2
La réaction SN1 est également connue sous le nom de réaction de substitution nucléophile unimoléculaire. Lorsqu’un groupe délétère dominant, tel qu’un halogène, est présent dans la molécule, son élimination donne lieu à un carbocation intermédiaire. Les nucléophiles attaquent ensuite la fraction cationique par voie nucléophile, donnant naissance au produit.
Dans la réaction SN1, l’étape limitant la vitesse est la formation du carbocation intermédiaire, de sorte que cette réaction est plus susceptible de se produire dans des composés tels que ceux qui produisent des carbocations tertiaires très stables.
2. Réaction E1
La réaction E1 est également connue sous le nom de réaction d’élimination d’une seule molécule. Comme la réaction SN1, cette réaction se produit souvent dans des composés qui tendent à produire des carbocations tertiaires.
Elle diffère de la réaction SN1 en ce sens que le nucléophile retire l’hydrogène sur le carbone situé à côté de la fraction cationique. Après la réaction, une double liaison se forme entre la fraction cationique et le carbone voisin. Selon le type de substituant, plusieurs isomères géométriques peuvent être obtenus, mais dans la plupart des cas, on obtient de préférence l’alcène thermodynamiquement stable.
Informations complémentaires sur les cations méthyles
1. Propriétés des cations méthyles
La caractéristique la plus importante des cations méthyle est leur énergie élevée et leur stabilité extrêmement faible. Ceci est dû au fait que les cations méthyles ne subissent pas la superconjugaison que l’on trouve dans d’autres espèces de carbocation.
La superconjugaison est un phénomène par lequel l’interaction d’une orbitale p vide avec une orbitale de liaison C-H voisine entraîne une délocalisation des électrons et une baisse de l’énergie. Dans les carbocations, la superconjugaison entraîne une réduction de l’énergie (c’est-à-dire une stabilité accrue) parce qu’il y a toujours un groupe hydrocarboné à côté de la fraction cationique.
Plus il y a de groupes d’hydrocarbures adjacents au carbocation, plus la réduction d’énergie est probable, de sorte que les carbocations tertiaires sont les plus stables et les cations méthyles, qui n’ont pas de groupes d’hydrocarbures, sont les plus stables.
2. Dangers des cations méthyle
Bien que les cations méthyle soient moins stables et puissent difficilement exister seuls, ils peuvent provoquer des cancers lorsqu’ils sont générés sous forme de métabolites. Les deux principaux exemples de familles de composés qui génèrent des cations méthyles sont les suivants
La saïkacine
La saïkacine est un carcinogène d’origine végétale, un glycoside que l’on trouve principalement dans les cycadales. Lorsqu’elle est décomposée par la β-glycosidase des bactéries intestinales, la psychasine génère des cations méthyles en même temps que le formaldéhyde et d’autres composés. Les cations méthyles produits réagissent avec l’ADN, l’ARN et les protéines de l’organisme, en les alkylant. L’ADN et d’autres biomatériaux perdent alors leurs fonctions initiales et le cancer est induit.
Les cycasines sont éliminées en les exposant à l’eau ou décomposées en d’autres composés par les rayons ultraviolets de la lumière du soleil avant d’être consommées.
Diméthylnitrosamines
Les diméthylnitrosamines se forment lorsqu’une substance appelée diméthylamine, que l’on trouve principalement dans le poisson, réagit avec l’acide nitreux dans l’estomac. La diméthylnitrosamine est oxydée dans l’organisme par l’enzyme cytochrome P450, ce qui génère des cations méthyles qui alkylent l’ADN et provoquent le cancer. En Norvège, des cas d’intoxication alimentaire sont survenus à cause d’aliments pour harengs contenant cette diméthylnitrosamine.