Les éthers sont des composés organiques de structure générale R–O–R’, où R et R’ sont des groupes alkyles ou aryles. L’atome d’oxygène est hybridé sp³ avec deux paires libres et une géométrie moléculaire coudée (angle de liaison C–O–C ~110°). Les éthers sont des solvants courants en synthèse organique en raison de leur inertie chimique et de leur capacité à solvater les cations via leurs paires libres. Les époxydes (oxiranes) sont des éthers cycliques à trois chaînons dont la forte tension de cycle (~115 kJ·mol⁻¹) en fait des intermédiaires hautement réactifs.
La nomenclature suit deux systèmes. Dans le système commun, les groupes alkyles sont listés par ordre alphabétique suivis de “éther” (éther éthylméthylique, éther diphénylique). Dans la nomenclature IUPAC, le groupe alkyle le plus petit est nommé comme substituant alcoxy attaché à l’alcane parent (méthoxyéthane, éthoxyéthane pour l’éther diéthylique). Les éthers cycliques utilisent le préfixe oxa- ou les noms communs oxirane (trois chaînons), oxétane (quatre chaînons), tétrahydrofurane (THF, cinq chaînons) et tétrahydropyrane (six chaînons).
Les éthers ont des points d’ébullition plus bas que les alcools isomères car ils manquent de liaisons O–H et ne peuvent donc pas former de liaisons hydrogène intermoléculaires. Ils peuvent cependant accepter des liaisons hydrogène de l’eau, ce qui leur confère une solubilité modérée dans l’eau. L’éther diéthylique (p.é. 34,6 °C) et le THF (p.é. 66 °C) sont des solvants courants. Les éthers sont relativement peu réactifs mais peuvent former des peroxydes explosifs lors d’une exposition prolongée à l’air et à la lumière, en particulier ceux contenant des liaisons C–H secondaires ou tertiaires adjacentes à l’oxygène. La formation de peroxydes est un problème de sécurité sérieux nécessitant des tests de routine et l’ajout d’inhibiteurs.
La synthèse d’éther de Williamson est la méthode la plus utilisée pour préparer les éthers. Elle implique la réaction d’un ion alcoolate (RO⁻) avec un halogénure d’alkyle primaire ou un tosylate via un mécanisme S_N2 : RO⁻ + R'X → R–O–R' + X⁻. L’alcoolate est généralement généré en traitant un alcool avec une base forte (NaH, Na métallique ou KOH). Le mécanisme S_N2 nécessite des halogénures d’alkyle primaires pour de meilleurs rendements ; les halogénures secondaires et tertiaires donnent des produits d’élimination significatifs. La réaction est également utilisée pour préparer les éthers couronnes — des polyéthers cycliques qui lient sélectivement les cations métalliques et sont importants en catalyse par transfert de phase.
Les éthers subissent un clivage acide avec des acides halohydriques concentrés (HI, HBr) à températures élevées. La réaction procède par protonation de l’oxygène de l’éther suivie d’un déplacement S_N1 ou S_N2 par l’halogénure : R–O–R' + HI → ROH + R'I. Les groupes alkyles primaires réagissent via S_N2, tandis que les groupes tertiaires procèdent par voies S_N1. HI est le réactif le plus efficace en raison de la nucléophilie élevée de l’iodure. La réaction de clivage est utile pour analyser la structure des éthers et pour déprotéger les groupes fonctionnels alcooliques.
Les époxydes sont synthétisés par oxydation d’alcènes avec des peroxyacides (peracides) tels que l’acide m-chloroperoxybenzoïque (m-CPBA) ou l’acide peracétique. La réaction est stéréospécifique — l’addition syn de l’atome d’oxygène se produit avec rétention de la stéréochimie de l’alcène. L’époxydation de Sharpless (Ti(OiPr)₄ / t-BuOOH / ester tartrique chiral) est une synthèse asymétrique marquante qui produit des époxydes énantiomériquement enrichis à partir d’alcools allyliques. Les époxydes sont également préparés à partir d’halohydrines via la synthèse d’éther de Williamson intramoléculaire (traitement d’une halohydrine avec une base provoque la fermeture du cycle).
Les réactions d’ouverture de cycle des époxydes sont centrales à leur utilité synthétique. La forte tension de cycle signifie que tout nucléophile peut ouvrir le cycle, libérant l’énergie de tension. L’ouverture catalysée par un acide procède avec une attaque sur le carbone le plus substitué (caractère S_N1-like, avec développement d’une charge partielle positive). L’ouverture catalysée par une base procède via S_N2 sur le carbone le moins substitué, fournissant une régiosélectivité complémentaire. Les nucléophiles incluent l’eau (→ diols), les alcools (→ éther-alcools), les amines (→ amino-alcools) et les réactifs de Grignard (→ alcools). Le contrôle régiochimique et la tolérance aux groupes fonctionnels de l’ouverture des époxydes en font une pierre angulaire de la chimie organique de synthèse et des applications industrielles allant des résines époxy aux intermédiaires pharmaceutiques.
