Acides Carboxyliques
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1 Acides et dérivés Acides carboxyliques et dérivés I. Synthèse de l’aspartame 1. Obtention de l’acide malonique L’acide malonique possède la formule semi-développée suivante : COOH H2 C COOH Le sel de sodium de l’acide chloroacétique (ou chloroéthanoïque) réagit avec le cyanure de potassium. Il se forme un composé A qui fournit facilement l’acide malonique. a) Ecrire l’équation bilan de la réaction donnant A. b) Quel(s) réactif(s) agit (agissent) sur A et dans quelles conditions obtient-on l’acide malonique ? 2. Synthèse de l’acide aspartique L’acide aspartique possède la formule semi-développée suivante : HOOC CH2 CH COOH NH2 On réalise la séquence réactionnelle suivante : COOH H2 C Br2 1 NH3 (froid) COOH + 2 1) H3 O + 3 2) EtOH , H 3 O 1) NaHCO3 3 2) CH3 COCl 1) EtONa / EtOH 4 5 2) H2 C CHCH2 Br a) Le dibrome permet une monohalogénation en des fonctions acides carboxyliques de l’acide malonique, donner la formule semi-développée des composés 1 et 2. b) Le composé 3 est un diester et un sel d’ammonium, donner sa formule semidéveloppée. c) Donner la formule du composé 4. d) Justifier la formation d’un carbanion sur le composé obtenu par action de l’éthanolate de sodium sur le composé 4, donner la structure de 5. 2 Acides et dérivés e) La fonction alcène de 5 subit une ozolnolyse oxydante en milieu acide pour conduire à 6) Donner la formule de ce composé, qu’aurait-on obtenu si cette ozonolyse avait été réalisée en milieu réducteur ? f) 6 est chauffé en présence d’une solution aqueuse d’hydroxyde de sodium. Comment s’appelle cette réaction ? Donner la formule semi-développée de 7. Le chauffage du composé 7 en milieu acide fournit l’acide aspartique. 3. Synthèse de la phénylalanine On se propose de synthétiser la phénylalanine, acide -aminé dont la formule semidéveloppée est : C6 H5 CH2 CH COOH NH2 Protocole expérimental L’obtention de la phénylalanine se fait en partant du malonate de diéthyle (diester de l’acide malonique). Les étapes de la synthèse sont les suivantes : Etape 1 Action d’une mole de sodium sur l’éthanol en large excès. Etape 2 Ajout d’une mole de malonate de diéthyle à la solution précédente. Etape 3 Ajout d’une mole de chlorobenzyle ( C 6H5CH 2Cl ) et chauffage à reflux pendant plusieurs heures. Etape 4 Distillation fractionnée sous vide du mélange et récupération d’un produit B de formule C14H18O 4 . Etape 5 Ajout de B à une solution aqueuse de potasse et chauffage de l’ensemble pendant trois heures. L’éthanol formé est éliminé par distillation lors de ce chauffage. Etape 6 Neutralisation lente de la solution par l’acide chlorhydrique et extraction à l’éther du produit C : C10H10O4 . Etape 7 Action du dibrome sur la solution éthérée de C et obtention d’un composé D. Etape 8 Après élimination de l’éther, chauffage à 130°C pendant 5 heures et obtention de l’acide 3-phényl-2-bromopropanoïque E. Etape 9 Action de l’ammoniac en solution aqueuse sur E et obtention de la phénylalanine. Questions a) Ecrire l’équation bilan de la réaction du sodium sur l’éthanol (étape 1). 3 Acides et dérivés b) Ecrire les équations bilan des étapes 2 et 3. c) Après récupération de B par distillation (étape 4), il reste, à coté d’autres produits, un résidu de dibenzylmalonate de diéthyle. Comment expliquer sa formation ? d) Ecrire les équations bilan des étapes 5, 7, 8 et 9. 4. Synthèse de l’aspartame La formule semi-développée de l’aspartame est la suivante : C6 H5 CH2 CH NH CO CH CH2 COOCH3 NH2 COOH a) Comment nomme-t-on ce type de composé ? b) On forme l’ester méthylique de la L-phénylalanine et on le fait réagir sur l’acide aspartique. Il se forme une liaison peptidique. Montrer que dans ces conditions, on obtient deux régioisomères dont on écrira la formule semi-développée. Est-ce une bonne méthode de synthèse ? II. Synthèse de l’acide tropique L’acide tropique, constituant de l’atropine, est synthétisé de la façon suivante : Le produit A, résultant de la réaction du benzène avec le chlorure d’acétyle, en présence de chlorure d’aluminium réagit avec l’acide cyanhydrique pour donner B. L’hydrolyse totale de B en milieu acide donne C. Le chauffage de C, en milieu acide, provoque une déshydratation donnant D, suivie d’une addition conduisant à E (si l’on opère en milieu acide chlorhydrique). L’ébullition de E, en milieu acide, le transforme en acide tropique F isomère de C. a) Ecrire le bilan de toutes les réactions, donner la formules des composés A à D et chacun des mécanismes. b) Lors de l’avant dernière étape, un composé E’, minoritaire, est également obtenu. Le spectre RMN de E fait apparaître un singulet d’intégration 3. Celui de E fait apparaître un doublet d’intégration 2, un triplet d’intégration un. Identifier E et E’, justifier la prépondérance de E. c) Donner la formule de F et le mécanisme de son obtention. La solution finale est-elle optiquement active ? F donne-t-il lieu facilement à une estérification intramoléculaire ? d) Si l’on protège la fonction acide carboxylique de E par transformation en amide, il est possible d’allonger l’autre chaîne carbonée : le 3-chloropropène est ajouté à du magnésium en copeaux, après cette réaction, le produit résultant de la réaction des l’ammoniac sur E est ajouté gouttes à gouttes, à froid. Dans ces conditions, on peut considérer que le magnésien est sans action sur l’amide. On obtient, après hydrolyse, un composé G, dont le pKa est voisin de 4,5. G réagit avec l’acide bromhydrique en présence d’initiateurs radicalaires en milieu apolaire. On obtient H que l’on transforme en alcool J. Donner le mécanisme de la formation des différents composés, l’interêt de la protection en amide, préciser les conditions expérimentales de la synthèse magnésienne. e) En présence d’un catalyseur approprié, J donne un ester cyclique. Donner le mécanisme de cette étape, proposer un catalyseur. Cette réaction est-elle totale ? Sinon, comment déplacer cet équilibre ? Acides et dérivés 4 III. Hydrolyse et hydratation 1. Hydratation On réalise l’hydratation de l’hexène en milieu acide sulfurique dilué. a) Donner le mécanisme de la réaction ainsi que le ou les produit(s) attendu(s). b) Quelle est la classe du produit majoritaire ? 2. Hydrolyse On étudie l’hydrolyse des esters en milieu basique. a) Donner le bilan réactionnel sur l’exemple d’un ester de méthyle. b) Donner le mécanisme de la réaction, cette dernière est-elle totale ? 4. Aspect quantitatif On réalise l’hydrolyse, à 298K et sous 1 atmosphère, mole d’éthanoate d’éthyle par une mole d’eau en présence d’une quantité catalytique d’acide sulfurique, on obtient un tiers de mole d’alcool. a) Ecrire l’équation bilan de la réaction . b) Quelle est l’influence de la température sur cet équilibre ? c) Calculer la constante d’équilibre K. Comment pourrai-t-on déplacer l’équilibre vers la formation d’ester ? d) Inversement, on cherche à réaliser l’estérification d’un alcool couteux par l’acide éthanïque. On a industriellement interêt à augmenter le rendement. Expliquer pourquoi l’utilisation du séparateur de « Dean and Stark »est conseillé, faire le schéma du montage et justifier l’ajout de benzène au milieu réactionnel. 4. Conclusions a) Au vu des questions précédentes, quelle différence faites-vous entre hydrolyse et hydratation ? b) Proposer une réaction dans laquelle une hydratation est suivie d’une hydrolyse. c) Quel est le rôle joué par l’eau dans ces deux types de réactions ?
