MO1 : Rôle du solvant en chimie organique (lancer la manip III en

MO1 : Rôle du solvant en chimie organique
Introduction : Def IUPAC : une solution est une phase solide ou liquide contenant
plus d'un composant dans la laquelle une substance, le solvant est traitée
différemment des autres appemés solutés. BA Dans ce montage on ne s'intéressera
qu'aux solvant liquide. Intérêt en chimie : natrice commune dans laquelle évolue
tous les solutés. Comme le solvant est généralement en large excès, les propriétés du
solvant vont jouer un rôle important dans les interactoins solutés/solvant.
Quelques paramètres importants pour discuter de ces interactions:
– la constante diélectrique du vide qui quantifie l'aspect dissociatif du solvant
– le moment dipolaire, on parlera de solvant polaire ou apolaire
– la proticité du solvant : capacité ou non à faire des liaisons H
– la température d'ébullition qui caractérise sa volatilité
(lancer la manip III en début de montage, en précisant bien qu'on y
reviendra en fin de montage)
I. Rôle du solvant dans la régiosélectivité d'une réaction
Influence sur la C- et O-alkylation
JD 67
On s'intéresse ici au rôle du solvant sur l'orientation de la réaction, et plus
particulièrement sur sa régiosélectivité (ou chimiosélectivité)
Phases de manip : CCM
Discussion : On cherche à voir le rapport C/O alkylation en fonction du solvant utilisé :
CF3CH2OH et DMSO. Commencer par la CCM et pendant l'élution, parler de la nature
des deux solvants et de l'influence de la C/O alkylation. Commenter spectre IR.
Remarques : Ne pas hésiter à mettre un léger excès de NaH pour la C-alkylation. Laver
sous surpression de diazote (comme pour la O-alkylation), et se placer sous flux d’azote
ensuite. Dire tout de suite que l'influence de la température sera négligé.
II. Rôle du solvant dans le traitement et la purification d'un
produit
1) Rôle du solvant dans le traitement d'une réaction
JD67
Phases de manip : extraction/lavage d'un brut, filtration de l'autre
Remarques : les différentes affinités des molécules avec les solvants permettent de
séparer efficacement différents solutés. Cette propriété est exploitée en chimie organique
pour isoler des produits à partir du brut de réaction.
Il faut d’abord éliminer le solvant. Le trifluoroéthanol étant très volatile, on peut
l’évaporer sous pres-sion réduite. Pour le DMSO on n’a pas le choix, il faut filtrer.
Lavage du brut de la O-alkylation : il faut enlever les sels de bromure de sodium. On
lave donc à l’eau, solvant po-laire, dissociation qui dissout bien les sels et solvate bien
les ions (pour justifier ce qu’on dit, s’appuyer sur les valeurs des constantes physiques).
L’IR montre qu’il y a des liaisons OH : il reste donc du naphtol (confirmé par CCM). Un
lavage basique permettrait de l’éliminer et de discuter en de la modulation des propriétés
des solvants avec le pH.
Lavage de la C-alkylation : ajout d’eau saturée en chlorure d’ammonium (permet de
protonner toutes les espèces et de pré-sécher la phase orga), extraction à l’éther,
séparation des deux phases (parler de densité) et séchage (à nouveau, discuter des
propriétés de l’eau).
Transition : si le produit n'est pas pur? Purification...
2) Recristallisation d'une chalcone MOI
JD 90
Phase de manip : recristallisation + point de fusion (pdt que ça recristallise)
Remarques : Ne pas présenter la réaction, elle est sans intérêt puisque sans solvant. Par
contre ça permet de montrer que même pour une réaction sans solvant, on en a besoin, ne
serait-ce que pour le traitement. On part du constat qu'en préparation on a mesuré un
point de fusoin bien inférieur à celui attendu. Justifier le choix du solvant de
recristallisation, constantes physiques à l'appui (moment dipolaires). Bien parler de
l'effet de quantité qui justifie que l'on puisse éliminer à froid les impuretés. Parler des
interactions éluants/produits on retrouve les même que solvant/soluté mais en précisant
bien qu'ici, il s'agit d'un éluant et non d'un solvant! Essai juste dans le pentane pour
montrer que ça ne migre pas.
Transition : On a regardé jusqu'à présent l'influence du solvant sur le sproduits de la
réaction (synthèse, lavage et purification) mais qu'en est-il des états de transitions et
intermédiaires de réaction?
III. Rôle du solvant sur la cinétique réactionnelle
Solvolyse de tBuCl
Blanchard p.167
Phase de manip : lancement de la réaction et acquisition en début de montage, analyse
des courbes obtenues.
Remarques : différents mélanges testés (en g eau/acétone : 25/25, 30/20, 35/15) à
T=35°C. Discussion de l’influence de la constante diélectrique : plus elle est élevée, plus
la liaison C-Cl se rompt facilement vu qu’elle a un caractère ionique. On peut
difficilement parler du moment dipolaire étant donné que l’eau et l’acétone ont des
moments dipolaires très voisins (1.9 vs 1.7 D). Influence de la proticité de l’eau. Faire la
méthode de Guggenheim. Aspect, solvant=réactif aussi.
Conclusion : On a essentiellement parlé des paramètres physiques mais d'autres
paramètres entrent en compte : toxicité, coût... Dans le cadre de la chimie verte, on fait
très attention à ça.
MO2 : Réactions régiosélectives, stéréosélectives
Introduction : définition sélectivité, régio et stéréo
C'est important de les maîtriser, exemple en pharmacie
I. Réactions régiosélectives
Grüber 40,
Fuxa p.48
1) Add d'un organomagnésien sur l'acroléine
Phases de manip : début de la réaction : prélèvement sous azote et formation de sels,
indice de réfraction
Remarques : attention dosage du magnésien à faire à partir du Fuxa, calcul de charges de
l'acroléine à faire pour justifier attaque, mettre piège à la 2,4-DNPH à la sorite du
rotavap
Grüber 29
2) Epoxydation du citral
Phase de manip : lavage, séchage et CCM
Remarques : calcul orbitalaire Hulis pour connaître le centre réactif
Transition : cette dernière réaction n'est pas stéréosélective, mais si les faces d'attaques
n'était plus équiprobable, elle pourrait l'être comme...
II. Réactions stéréosélectives
JD 17
1) Réduction du camphre par NaBH4
Phase de manip : début de réaction, polarimétrie
Remarques : modèle moléculaire
2) Réaction de HWE
Blanchard p.375
Phase de manip : essorage, Tfus
Remarques : utiliser tBuOK comme base, un mélange DMF/THF et diviser les quantités
de matières par jour.
Conclusion : Jeu sur les conditions pour maîtriser les produits, la sélectivité.
MO3 : Dérivés carbonylés
Introduction : définition dérivés carbonylés. Attention IUPAC met dérivés d'acides mais
ici on se restreint à aldéhydes, cétones. Présence à l'état naturel (cinnamaldéhyde,
camphre, testotérone...) Grande réactivité. HP chimie orga PC
I. Synthèse d'un dérivé carbonylé
Oxydation du menthol en menthone
Porteu de Buchère p.302,
JD 4 (dosage eau de Javel)
Phases de manip : extraction/lavage, test à la 2,4-DNPH
Remarques : dosage : solution commerciale donnée en solution de chlore actif, 9,6% :
9,6g de ClO- par 100g de solution.
Transition : Différentes réactivités
II. Réactivité des dérivés carbonylés
1) Electrophilie du carbone fonctionnel
JD 17
● création d'un centre stéréogène : réduction du camphre
Phase de manip : début de réaction, dégagement de H2, polarimétrie
Remarques : modèle moléculaire, suivi de réaction par CPV
● allongement de chaîne carbonée : réaction de HWE Blanchard p.375
Phase de manip : essorage, Tfus
Remarques : utiliser tBuOK comme base, un mélange DMF/THF et diviser les quantités
de matières par jour.
2) Nucléophilie du carbone en alpha
Synthèse d'une chalcone
JD 90
Phase de manip : recristallisation, CCM
Remarques : penser à convertir masse en volume
Conclusion : Bilan : de nombreuses propriétés (A/B, Nucléophilie/Electrophilie,
Oxydoréduction). Utilisés dans l’industrie pour leurs propriétés oflactives, gustatives et
comme intermédiaires de synthèse. Nécessité de protection parfois.
MO 4 : Halogénations en chimie organique
Introduction :
Les halogènes appartiennent à colonne 17, définition d’halogénation (ajout d’un ou
plusieurs atomes d’halogène sur une molécule). On ne va s’intéresser qu’à chlore, brome
et iode. Différents types de mécanismes : radicalaire, substitution nucléophile,
substitution électrophile aromatique, addition électrophile.
I. Halogénation nucléophile
SN sur le butanol
-3h-
III. Halogénation radicalaire
Effet Karash
Blanchard p.101
Phase de manip : extraction, lavage, séchage, injection CPV
Remarques : CPV SE30, Tinj=Tdétec=170°C, Tfour=50°C, attention réaction dans 10
mL d'hexane car on a seulement un petit ballon, avec dibrome : gant en nitrile et solution
de thiosulfate sous la main, ajouter réfrigérant au dessus du ballon central.
Conclusion :
On a une grande réactivité, donc précieux en synthèse, mais à nuancer du fait de leur
toxicité. Intremédiaire de synthèse. Ouverture magnésiens
Blanchard p.198
Phases de manip : montage avec gardes, extraction/lavage, injection CPV?
Remarques : Ajouter indicateur coloré dans fiole de garde pour mettre en évidence les
gaz piégés, ajouter éther à la phase orga avant extraction. Conditions CPV à retenir :
Tfour =50°C, Tinj/det = 150°C. Faire étalon avec les deux produit commerciaux et un
étalon interne. Sécher sur Na2SO4. Faire IR, disparition de OH.
Les réactions sont des SN catalysées en milieu acide, l’ECD met en jeu le nucléophile.
Dans un solvant protique Br- moins solvaté est un meilleur nucléophile que Cl(attention, ça dépend très fortement du solvant !)
II. Halogénation électrophile
1) Addition électophile en α d'un carbonyle
JD 75
Bromation en α d'un carbonyle
MOI -45 minPhase de manip : Lancement de réaction, on voit précipiter, point de fusion, test à
l'iodoforme.
Remarques : Condition CCM à retenir 60/40 pentane/ether. Discussion
2) Test à l'iodoforme : Blanchard p.293, Vogel rouge p.1220 : Faire tube
témoin, Mécanisme dans les livres de prépa 2e année (ex Tec&Doc) il s’agit d’un test
caractéristique des méthylcétones. Il se produit une trihalogénation en milieu basique, or
le dérivé trihalogéné n’est pas stable en milieu basique, on obtient un acide en présence
d’une base forte (CX3) on a donc une réaction totale. On utilise de préférence le diiode
car l’iodoforme apparaît sous la forme d’un précipité jaune. Remarque : en milieu
basique, les H géminés de X deviennent plus labiles après monohalogénation, donc
facilement enlevés (la charge négative est stabilisé par l’effet inducteur de X) et donc
polyhalogénation. Par contre en milieu acide, une fois monohalogéné, l’oxygène est
moins nucléophile car X pompe les électrons, donc pas de polyhalogénation.
Remarque : autre manip :
1) Addition électrophile sur une double liaison C=C
JD 28
Bromation du stilbène
-1hBUP 882 mars 2006
Phases de manip : lancement, CCM
Remarques : Montrer en quoi avec Br3- on peut se rapprocher du dibrome (utilisation
pour éviter toxicité de Br2), analogie avec I3- déjà rencontrer en solution aqueuse. Faire
IR. Difficile de parler de stéréopécificité ici car pas possible de montrer qu'on a l'un ou
l'autre. => juste possibilité de s'accrocher à se qu'on a vu en cours, => on voit qu'on a
deux produits différents => bromation en anti.
MO5 : Synthèses organiques à l'aide de carbanions
Introduction : Définition carbanion : composés qui possèdent une charge négative sur un
atome de C. Premier carbanion : sel de Meisenheimer. Charge due à la déprotonnation ou
à une liaison fortement polarisée. Stabilité, intermédiaire réactionnel qui crée des
liaisons C-C et C=C, propriétés basique => bon nucléophile. Trois types de carbanions :
organométalliques, énolates, ylures. ICO
I. Organométalliques
1) Synthèse d'un organomagnésien et propriétés basiques
Phases de manip : dosage
Fuxa p.49
Grüber n°40
Discussion : Attention RMgX pas un vrai carbanion, mais considéré comme tel car
liaison C-M a fort caractère ionique, pourcentage ionique à connaître, décrire montage
de la synthèse, précautions à prendre contre H2O, O2, CO2, couplage de Würtz.
Propriétés basique de RLi surtout utilsées en chimie orga.
Remarques : Parler de la synthèse mais montrer le dosage.
2) Réactivité
Grüber n°40
Phases de manip : extraction/lavage, mesure de l'indice de réfraction
Discussion : suite du protocole et principe du réfractomètre
Remarques :
II. Enolates
Synthèse d'une chalcone
JD 90
Phase de manip : lancement, recristallisation, CCM
Remarques : discussion sur les pKa, choix de la base.
III. Carbanion en α d'un hétéroatome
Réaction de Horner Wadworth Emmon
Blanchard p.375
Phase de manip : lancement, essorage/lavage
Remarques : diviser les quantités par 2, utiliser tBuOK. Parler des ylures de soufre.CCM
(EP/AE 90/10) Avantage de HWE par rapport à Wittig.
Conclusion : Bilan : de nombreuses réactions pour créer des liaisons C-C.
Polymérisation anionique, polystyrène ICO p.225
IV. Oxydation d'un hétéroatome
MO 6: Oxydation en chimie organique
Oxydation de la cystéine en cystine
Introduction :
Définition du degré d'oxydation T&D PCSI. Oxydation : augmentation du degré
d'oxydation. Mais pb ici, exemple carbone alcool IIIaire, Iiaire, pas le même DO alors
que pas vraiment d'oxdations. Introduction des classes d'oxydations OCP 6.
Intérêt des oxydations en chimie organique : modification d'un substrat en un autre pour
les synthèse multi-étapes. Nécessité de contrôle pour certains à une certaine classe
d'oxydation et contrôle de régio et stéréosélectivité très important.
I. Oxydation d'un alcène
Epoxydation du citral
Grüber n°29
Phase de manip : extraction/lavage, CCM
Remarques : Calcul Hulis pour justifier régiosélectivité
II. Oxydation d'un alcool
Oxydation du menthol en menthone
Porteu-de Buchère p.320+ JD 4
Phases de manip : ajout d'eau de Javel, test au papier iodo amidonné, indice de
réfraction)
Remarques : Doser l'eau de Javel avant utilisation pour connaître la quantité à ajouter JD
4. Faire test à la 2,4-DNPH, CCM, IR. Suivi CCM par KmnO4, éliminer l'eau de Javel
en excès avec thiosulfate de sodium et du coup pas besoin d'ajouter d'eau. Extraire la
phase aqueuse avec 2x 2mL de cyclohexane.Rajouter un présséchage au NaCl et sécher
avec MgSO4. Merck index pour l'indice de réfraction.
III. Oxydation en α d'un carbonyle
Oxydation par ajout d'un brome en α d'un carbonyle
JD 75
Phase de manip : lancement de réaction, filtration/lavage, point de fusion
Remarques : Utilité de Br3- : éviter l'utilisation du dibrome toxique et éviter la
bromation sur le cycle aromatique JD+ICO p.642-644. CCM (pentane/éther 2/1), ne pas
faire IR ça n'apporte rien.
Transition : Jusque là on a oxydé des atomes de carbones mais on peut aussi oxyder des
hétéroatomes.
Blanchard p.377
Phase de manip : lancement de la manip, test caractéristique au nitrate d'argent
Remarques : Trouver des conditions CCM pour avoir une caractérisation en plus,
importance des ponts disulfures.
Conclusion :
Bilan
En biologie, on veut contrôler les oxydations qui se produisent dans le coprs (pas bon car
abîme les constituants cellulaires : présence d'anti-oxydants comme la vitamine E)
Conclusion :
MO 7 : Réduction en chimie organique
Introduction :
Définition du degré d'oxydation T&D PCSI. Réduction : diminution du degré
d'oxydation. Mais pb ici, exemple carbone alcool IIIaire, Iaire, pas le même DO alors
que pas de réduction. Introduction des classes d'oxydations avec familles OCP 6.
Réduction : passage d'un classe à une autre.
Intérêt des réductions en chimie organique : modification d'un substrat en un autre pour
les synthèse multi-étapes. Nécessité de contrôle pour certains à une certaine classe
d'oxydation et contrôle de régio et stéréosélectivité très important.
I. Réduction d'un alcyne par hydrogénation catalytique
Réduction du nonynoate de méthyle
Actualité chimique 03/2011
Phases de manip : fin des purges, filtration sur célite, lavage
Remarques : suivi de la pression au cours de la réaction?
Transition : On a réduit sélectivement C=C, mais comment réduire C=O?
II. Réduction d'une double liaison C=O
Réduction du camphre
JD 17
Phase de manip : lancement, polarimétrie
Remarques : utilisation modèle moléculaire, Diéthyléther à la place de DCM, doubler
quantité pour extraction sinon précipite (mieux de pas ajouter dans l’ampoule
directement)
Transition : On a vu jusque là des réductions sur un atome de carbone, mais on peut
aussi réduire des hétéroatomes, comme l'azote d'une groupement nitro.
III. Réduction sélective d'un nitro
Réduction de la méta-nitroacétophénone
JCE 1975 p.668
Phase de manip : ajout de la soude (on voit précipitation), ajout d'éther, filtration, point
de fusion
Discussion : Chimiosélectivité : avant on avait voulu réduire carbonyle maintenant on y
touche pas!
Remarques : Faire suivi CCM de la réaction (à trouver). Après l'ajout de HCl, 30 min de
chauffage sous agitation vigoureuse suffisent. Recristallisation dans l'eau très longue à
effectuer. A remplacer : après traitement à la soude on obtient un solide pateux, on met
50 mL d'éther et on mélange pendant 10 min, le produit passe dans l'éther, on filtre et on
évapore au rotavap, le produit y cristallise.
Récap des méthodes, possible de s’arrêter à un degré d’oxydation particulier (alcyne
en alcène). Autres réactions possibles : métaux dissous, radicalaire.
MO8 : Extraction et synthèse de molécules odorantes
Introduction : Bcp de molécules organiques ont des odeurs (aromatiques, termères,
esters...) Ces molécules odorantes doivent avoir plusieurs propriétés : volatiles pour
pouvoir se diffuser et lipophiles pour pouvoir se fixer sur nox récepteurs olfactifs. 2
manières de les obtenir : extraction ou synthèse.
I. Extractions de molécules odorantes
1) Grâce à un montage Soxhlet Chimie dans la maison p.
Extraction de la pipérine de poivre : odeur de poivre
207
Phase de manip : montage en marche, cristallisation, Tfus
Remarques: existe aussi des odeurs malodorantes : soufrés, odeur données aux gaz pour
qu'on les sente, aminés, cadavérine, putréine, décomposition des organismes morts
2) Par hydrodistillation
Extraction du limonène : odeur d'orange
Chimie des couleurs et
des odeurs p.207 +
Mesplède
Phase de manip : montage en marche, CCM, polarimétrie
Remarques : calcul de rectification de T° à faire en direct, prendre valeurs de alpha dans
le handbook, parler d'entrainement à la vapeur, avantages/inconvénients. Discussion
effet de la température.
Transition : Mais alors bcp d'orange nécessaire, pas viable pour production mondiale,
d'où synthèse.
II. Synthèses de molécules odorantes
1) Synthèse de l'ester de banane
JFLM-Barbe p.86
odeur de banane
Phase de manip : Dean Stark, extraction/lavage
Remarques : aller doucement pour l'évaporation, CCM (acétate d'éthyle/éther de pétrole
20/80)
2) Oxydation du menthol
odeur de menthe
Phase de manip : dosage, test à la 2,4-DNPH
Remarques :
Porteu de Buchère p.302,
JD 4 (dosage eau de Javel)
Conclusion : Bilan : extraction : obtention d'un mélange qui peut-être recherché lors de
la confection de parfum, synthèse : produit pur, odeur différente.
En industrie : parfums, cosmétiques, agroalimentaire, pharmaceutique. Choix entre
extraction et synthèse en industrie. Ex : vaniline, produit de synthèse peu onéreux alors
que extraction moins rentable mais c'est l'inverse pour d'autres molécules.
MO 9 : Réactions photochimiques
IMPASSE !
Désolée...
MO 10 : Réactions radicalaires en chimie organique
Introduction : Définition radical = espèce possédant un électron non apparié. Dans ce
montage, on ne va s'intéresser qu'aux radicaux carboné bien qu'il en existe d'autres
comme le TEMPO. Fossey « Radicaux »
Premier radical présenté : un radical de triphénylméthyl (1900) mais longtemps avant
qu’on considère qu’on pouvait utiliser les radicaux en chimie orga. Aujourd’hui grande
importance en recherche ou en industrie. Pour utiliser des radicaux : il faut les produire
=> différentes manières.
I. Formation de radicaux par voie thermique
Synthèse du polystyrène
JD 41 + JD 11 (CCM)
Phases de manip : précipitation avec EtOH, essorage, lavage + pas de précipitation avec
manip avec inhibiteur, CCM
Remarques : En parallèle : réalisation de la même manip avec du styrène non lavé +
ajout d’un peu d’hydroquinone (même quantité que AIBN). Quand on ajoute dans
l’EtOH : ça ne précipite pas => n’a pas polymérisé => quand on ajoute un inhibiteur de
réaction radicalaire (l’hydroquinone) la réaction n’a pas lieu => la réaction est bien
radicalaire. L’hydroquinone réagit avec l’AIBN par arrachement d’hydrogène formant
un radical très stabilisé par mésomérie et incapable de propager la chaine.
II. Formation de radicaux par voie photochimique
Effet Karash
Blanchard p.101
Phase de manip : extraction, lavage, séchage, injection CPV
Remarques : CPV SE30, Tinj=Tdétec=170°C, Tfour=50°C, attention réaction dans 10
mL d'hexane car on a seulement un petit ballon, avec dibrome : gant en nitrile et solution
de thiosulfate sous la main, ajouter réfrigérant au dessus du ballon central.
III. Formation de radicaux par oxydo-réduction
Synthèse du binaphtol
JD 86 + JD87
Phase de manip : ajout de FeCl3, test au papier iodoamidonné, Tfus
Remarques : Avoir les potentiels des couples impliqués, savoir qu’on peut faire la
résolution racémique des deux atropoïsomères synthétisés (JD), on ajoute plus de FeCl3
que prévu, probablement car le binaphtol peut le complexer (apparament le bi naphtol
aurait une grande affinité pour FeIII), ajout en deux fois seulement . CCM dans le
dichlorméthane. Couleur verte dans le filtrat, FeII complexé.
Conclusion : Dans ce montage : on a vu comment les radicaux pouvaient être utilisés en
chimie organique (création de liaison C-C, fonctionnalisation, régiosélectivité,
cyclisation…) Chimie des radicaux très vaste, très grande importance en industrie
(polystyrène) mais aussi dans les organismes vivants puisque les réactions radicalaires
interviennent par exemple dans le mécanisme de production d'énergie via l’utilisation
d’enzymes…
MO 11 : Réactions de transposition en chimie organique
Introduction : March
Définition : lors d’une transposition, un atome ou groupe d’atome changent de position
au sein de la molécule. Il existe deux catégories de transposition : ionique ou polaire :
défaut d’électron sur C ou hétéroatome (ou excès mais rare, exemple : transposition de
Fries Blanchard p152) Intermédiaire ionique. Transposition sigmatropique : la
migration d’une liaison sigma allylique accompagnée d’une réorganisation du système π.
Parfois transposition mène à des produits indésirables mais quand elles sont contrôlées
ce sont des voies de synthèse fiables
I. Transpositions ioniques
1) Avec un défaut d'électron sur un carbone
Transposition pinacolique
-2hChimie Tout p.57/ Blanchard p.200
Phases de manip : Test iodoforme, DNPH, Tfus, décantation, indice réfraction
Remarques : Modop chimie tout. Hétéroazéotrope donc montage d’hydrodistillation et
non colonne vigreux. Diviser quantités par 5
Caractérisation : IR, indice réfraction, Tfus, Test iodoforme et DNPH
Transition : là c’est sur un C. Sur un hétéroatome plus électronégatif tel que l’azote, c’est
difficile de créer une charge +. Nécessité de former un bon groupe partant.
2) Avec un défaut d'électron sur un hétéroatome
Transposition de Beckman
– 3h –
Grüber (JD 48)
Phases de manip : Tfus, CCM, recri, extraction lavage
Remarques : Attention dès que changement de couleur stopper le chauffage et laisser
revenir à TA.
JD : prend bcp de précautions, donc long. Grüber ne prend pas de précaution => bien
contrôler les température pour que la réaction de s’emballe pas …
Possible de parler d’industrie voir Weissermel sur les Caprolactame.
Caractérisation : CCM, IR, Tfus
Transition : il existe d’autres transpo de ce type : défaut d’O dans Baeyer villiger. On
s’intéresse maintenant à l’autre catégorie de transposition : sigma tropique gouvernée par
les OF.
II. Transpositions sigmatropiques
Transposition de Claisen
– 3h30 –
Phase de manip : indice réfraction, extraction lavage, CPV
Remarques : Lancer en premier car très longue, faire que 1h30 de reflux
Parler de la nomenclature [i,j]
Caractérisation : IR, indice réfraction, CPV
JD 49
Conclusion : Il existe des transpositions radicalaires, quand sigmatropique non permis
stériquement, mais aussi d’autres transpo … Wagner Meerwein
MO 12 : Réactions acido-catalysées en chimie organique
Introduction : Catalyse, définition avec diagramme (Scacchi), un catalyseur accélère la
réaction sans intervenir dans le bilan global. Une réaction acido-catalysée fait
intervenir un acide. Acide peut être acide de Bronsted ou de Lewis. Défintions.
I. Catalyse par un acide de Brönsted
1) Mise en évidence de l'intérêt de la catalyse : exemple de la
réaction d'estérification
Equilibre d'estérification
-3hJFLM p.82
Phases de manip : Trempe, dosage.
Remarques : Faire l'estérification avec et sans acide. But : montrer la différence de
vitesse pour la réaction.Mesure du volume d'eau ?
Transition : On a vu ici un caractère général de la catalyse, or la catalyse acide en
particulier possède des caractéristiques qui lui sont propres : elle peut être générale ou
spécifique.
2) Différents type de catalyse : catalyse généralisée et spécifique
Mutarotation du glucose
-3h30Brénon-Audat p.161
Phases de manip : préparation d'une solution, lancement de la réaction, polarimétrie
Remarques : on suit α (t) , on trace ln(α (t)-α inf)=f(t) pour différents tampons, mais à pH
constant. On a 3 droites de pentes différentes. On valide une réaction d’ordre 1 (c’est une
des hypothèse du calcul). Pentes qui sont différentes indiquent que l’on a une catalyse
généralisée. Clayden p1105 : Le terme catalyse acide spécifique est utilisé quand la
vitesse de réaction est dépendante de l'équilibre de la protonation du réactant. Ce type de
catalyse est indépendant de la structure spécifique et de concentrations des différents
donneurs de protons présents dans la solution. C'est uniquement la concentration en
proton, pH, qui régit la réaction. Des réactions dans des milieux tampons aqueux, ont des
vitesses indépendantes de la nature des composants du tampon, mais uniquement du pH.
La loi de vitesse comporte un terme en [H+]. Dans le cas ou la nature de l'acide affecte la
réaction, on emploi le terme de catalyse acide générale. La loi de vitesse comporte alors
des termes en concentration de chacun des donneurs de proton agissant comme
catalyseur. On a fixé la force ionique pour pouvoir comparer en ne faisant varier qu’un
seul paramètre.
Mesurer les alpha infini pour chaque solution en chauffant un peu la solution après les
mesures et en reprenant la mesure du alpha après ça. Cela permet également de montrer
que la thermodynamique est inchangée.
Transition : autre type de catalyse acide : par un acide de Lewis.
II. Catalyse par un acide de Lewis
Acylation de Friedel et Craft
-3h-
JD
55+92
Phase de manip : lancement, ajout de l'anisole pour voir buller dans piège à HCl
extraction/lavage, indice de réfraction
Remarques : Attention, être conscient qu'ici AlCl3 n'est pas régénéré. On étudie
l’acylation, mais il l’est dans l’alkylation. Or une alkylation conduirait à un mélange dur
à caractériser, d’où le choix de l’acylation, car l’étape d’activation est la même. Pas
besoin du piège à décaline. Pour le lavage, on n'a pas fait l'extraction des phases
aqueuses à l'éther et on a un bon rendement --> gain de temps. Indice de réfraction du
produit pas donné dans le JD, par contre il est dans le BUP de juin 2010 n° 925 qui
reprend l'expérience du JD, sinon à apprendre par coeur : nD25=1,533. Discussion IR.
Conclusion : Catalyse enzymatique et catalyse enzymatique, les nouveaux défis.
MO 13 : Réactions d'élimination
en chimie organique
Introduction :
Définition : expulsion d’un au plusieurs groupes d’atomes, qui peuvent conduire à des
insaturations ou à des cycles. Groupes partants peuvent être des nucléofuges emportant
le doublet et un proton.
Il existe différents types d'éliminations :
- élimination α : les 2 substituants sont sur le même carbone,
- élimination β : les substituants sont sur des carbones adjacents, trois mécanismes
limites
- élimination γ : sur deux carbones séparés par un autre C
Réaction en compétition avec substitution nucléophile, à savoir contrôler.
I. Réactions de β-élimination
1) Compétition entre une élimination E1 et une E2
Elimination décarboxylante
– 3h –
Daumarie concours p 153
Phases de manip : extraction/lavage, injection CPV
Remarques : Ajout de 15 mL d’eau après réaction butanone. CPV : Tinj=Tdet=180°C;
Tfour =130°C. Partir du produit commercial dibromé.
Discussion : étude de la stéréosélectivité de la réaction d'élimination en fonction du
solvant. Il faut connaître les proportions de Z et E par CPV pour pouvoir discuter.
Mécanisme de la réaction dans le Daumarie, se souvenir du mécanisme de dibromation
d'alcène. Les produits commerciaux ne sont pas purs, il y a toujours un mélange de cis et
de trans.
On déplace l’équilibre grâce à la formation de CO2
Butanone apolaire, donc E2 (pas de stabilisation possible du carbocation)
Eau polaire, donc E1 (stabilisation possible du carbocation)
Transition : Dans les β-élimination, existence d'un troisième mécanisme limite E1cb
2) Elimination E1cb
Synthèse d'une chalcone, aldolisation-crotonisation
-1h30JD 90
Phases de manip : filtration/lavage, point de fusion
Remarques : penser à vérifier le pH de l'eau de lavage
Discussion : Deux choses à contrôler après recristallisation : la pureté et le rendement.
Acidité du H permet de former un carbanion. Configuration E obtenue lors d’une
aldolisation croisée crotonisation. C’est la formation des liaisons conjuguées qui est le
moteur de la réaction. On a un aldéhyde non énolisable, ce qui permet de limiter le
nombre de produits secondaires. Intérêt de la manip sans solvant : réaction plus rapide et
plus sélective. Intérêt de la réaction de crotonisation dans le monde industriel. Intérêt des
chalcones (activité pharmaceutique très variée).
Transition : on va voir un autre type d'élimination : une α-élimination avec la réaction de
Reimer-Teiman
II. Réaction de α-élimination
Réaction de Reimer-Tiemann
-3h-
Bayle T2 n°85
Phase de manip : lancement, CCM
Remarques : CCM (CH2Cl2/acétone : 3/1), catalyse par transfert de phase.
Conclusion :
Bilan, autres réactions d'élimination, au sein d'un mécanisme réactionnel comme
élimination réductrice dans couplage de Heck par exemple.
produit ne voit pas la silice.
Caractérisation : CCM (pentane/éther 75/25), CPV (Tinj=Tdet=210°C, Tfour = 160°C)
injecter réactifs et produits séparément + co-injection.
MO 14 : Réactions de substitution nucléophile
Introduction :
Définition d’une SN : La substitution nucléophile résulte de l’attaque nucléophile par un
élément riche en électron sur un atome électrophile (appauvri en électron) et du départ
d'un groupe partant appelé nucléofuge, un élément emportant un doublet d’électrons.
Intérêt en chimie : interconversion de fonction, à allonger une chaîne carbonée, à
assembler deux morceaux préalablement synthétisé ou à faire un cycle.
Durant ce montage, on va voir ces différents intérêts à travers différents types de SN et
en commençant par ...
I. Substitution nucléophile aliphatique
1) Substitution nucléophile intermoléculaire
C-alkylation
– 2h –
JD 94
Phases de manip : filtration/lavage, CCM (vérifier présence de produits sous UV avant
de la lancer)
Remarques : La couleur jaune développée au cours de la réaction peut provenir de
l'apparition de diiode issu de l'oxydation de l'ion iodure (très réactif en milieu
organique). Mettre un seul équivalent de BuI.
Discussion : Création de liaison CC très recherché en chimie organique. Ici pKa très
faible pour composé carbonylé, intéressant pour éviter base trop forte. Ensuite, il suffit
d’éliminer un carbonyle par décarboxylation. Prinicipe de la synthèse malonique :
méthode de préparation des acides à partir des halogénolalcanes avec gain de deux
carbones. Soude et agent de transfert de phase -> pâte (2 phases et si on laisse trop
longtemps pâteux : transfert de phase se met au fond (plus riche en sel, indice du milieu
varie donc on voit trouble). On met dans de la glace pour empêcher HO- d’attaquer
HSO4-. D’ailleurs on met deux équivalents de NaOH pour ça. Ajout goutte à goutte de
transfert de phase : pas besoin (pas exothermique), doit être expérimental pour avoir un
meilleur rendement.
Fin lorsque milieu neutre car NaOH réagit ensuite avec agent de transfert de phase
HSO4-. Justifier la présence de deux équivalents de NaOH (réaction avec HSO4- => pka
=2=
On élimine le chloroforme car nBuNH4,I est soluble dans le chloroforme mais pas dans
l’éther (fait expérimental, car les deux solvants ont même constante diélectrique et
moment dipolaire, peut-être HSAB).
Parler des sous-produits possibles : hydrolyse de l'ester, alkylation en α de la cétone, Oalkyaltion => dire que les conditions sont optimisés pour éviter cela (expliquer dans le
JD)
CCM : avec Bu en plus = produit moins polaire et 2Bu encore moins polaire donc migre
plus dans cet éluant. Si produit trop concentré : traîne et moins séparé, une partie du
Transition : ici I bon nucléofuge mais Cl l'est moins, cependant dans une réaction de
substitution nucléophile intramoléculaire, ça passe bien ; - )
2) Substitution nucléophile intramoléculaire
Réaction de Darzens
-3h30JD 95
Phases de manip : prélèvement sous azote + commencer le goutte à goutte,
extraction/lavage
Remarques : diviser les quantité de matières par deux. Diviser le premier jet exactement
par deux pour tenter de calculer un rendement. Attention émulsion pour extraction =>
mettre suffisament de phase organique, au cas où ajouter NaCl sat.
Préparer solution hydroalcoolique du produit (éthanole /eau 1:1) => sent la fraise
Discussion : Parler de stéréochimie . On a une SN2, on obtient 4 produits énantiomères
deux à deux. Discussion sur les faces d'attaques : présenter le mécanisme du JD. Parler
de formation de cycle, effet entropique et enthalpique.
Caractérisation : CCM (pentane/éther 75/25) révélation UV et acide phosphomolibdique,
indice de réfraction, IR (réactifs et produits)
Transition : ici on a vu sur carbone aliphatique mais existe aussi sur carbone aromatique.
II. Substitution nucléophile aromatique
SnAr sans solvant
– 2h –
Bayle T1 p 206
Phase de manip : filtration sur Célite, point de fusion
Remarques : CCM à inventer, ne pas mettre trop d'acétate d'éthyle, chauffer comme des
bourrins à 150 °C. Attention pour faire précipiter le produit, le mettre dans un minimum
d'acétate d'étyle ou d'éther de pétrole et dans un bain glace/sel, filtration à très froid
Discussion : Mécanisme : Addition + élimination, parler de l'effet mésomère et inductif
attracteur de NO2. Effet nucléofuge : inversion par rapport à Caliphatique. Inversion de
l'ordre de vitesse de réaction entre fonction du dérivé halogéné. ECD : attaque du
nucléophile donc plus l'halogène est inductif attracteur, plus ça ira vite (va plus vite avec
F). Dons ici Cl justifier par rapport à I (rappel des premières réactions) Intérêt : utiliser
pour la synthèse de Merrifield. Réaction sans solvant : simplicité du mode opératoire,
rapidité de la réaction, coût et pollution plus faible.
Caractérisation : Tfus, IR, CCM
Conclusion :
Bilan de ce qu'on a vu + existe aussi substitution acylique (sur les dérivés d'acides
carboxylique), substitution sur C vinylique. Gérer les conditions car ne pas oublier
compétition E et SN. Bilan des intérêts sur les réactions qu'ona présneté : Les SN
servent à allonger les chaînes carbonées (alkylation), peuvent réaliser des cycles
(lactonisation), permettent d’introduire des hétéroatomes (halogénation, réaction
d’arbusov pour préparer une Wittig Horner) et auss i premettent de réaliser des
protections (ex O-silylation + acide aminé, éther).
=> en plus si on veut, mais je ne pense pas que je le ferai :
III. Substitution nucléophile sur un hétéroatome
O-silylation
– 1h 30–
JD 58
Phases de manip : chromatographie en pipette pasteur, indice de réfraction
Remarques : montage sous azote.
Discussion : Méthode de protection, rôle de la pyridine : rôle de catalyseur nucléophile
et de base. Il s'agit de la plus utile des méthodes de silylation des alcools primaires et
secondaires + ici rôle de solvant.
Me3SiCl pas si dangereux que ça dans l’air. Rejet de HCl !! Pyridine sent très mauvais,
faire très attention, bien filtrer, voire refiltrer. Lors de l’évaporation, faire super
attention : ne pas chauffer d’abord le ballon, le laisser à l’air libre à pression réduite, puis
seulement le mettre dans le bain-marie pour éviter bullage et évaporation trop rapide du
reste de pyridine dans la pompe, puis dans l’atmosphère.
Pyridine : agent intercalant dans la chaîne ADN, très mauvais pour les organes
reproducteurs, sent très mauvais!
Pas de silice car elle déprotègerait les OSiMe3, mauvais groupement protecteur,
discussion sur les groupement protecteur.
Discussion sur effet anomère : pour avoir rétention de comfiguration, prtoection sous
forme acétate, brome sur position anomère et assistance anchimérique.
Caractérisations : indice de réfraction, IR
énergétiques de 4 orbitales moélculaires de type π. Transitions π->π *. Soret : S2<- S0;
Q : S1 <- S0
Rendement pas meilleur que 20 % car on veut former grand cycle, pour meilleur
rendement fair effet template.
MO 15 : Substitutions électrophiles
Introduction : Une substitution électrophile est une réaction organique au cours de
laquelle un atome ou groupe d'atome est substitué par un groupement électrophile, c'està-dire un groupement ou un atome possédant une orbitale vacante basse en énergie. On
peut distinguer les substituions électrophiles aliphatiques et aromatiques. Bien que les
SEAR soient les plus connues et les plus utilisées, les Sealiphatiques ont leur importance
et sont notament très utilisées pour former des halogénures d'alcynes. On va commencer
par présneter uneréaction ou justement on a décidé de privilégier une SE aliphatique.
I. Substitution électrophile aliphatique
Bromation en α de la 4-méthoxyacétophénone
JD 75
Phases de manip : lancement de la manip, point de fusion
Remarques : Avantage de l'utilisation de Br3- par rapport à Br2 : moins réactif, sélectif
de la position aliphatique, solide donc facile à manipuler, très soluble dans THF, faire
CCM (pentane/éther 2/1), IR, point de fusion
II. Substitution électrophile aromatique
1) Activation d'un cycle aromatique
Blanchard p.133
Bromation comparée de quelques dérivées
Phase de manip : manip en live
Remarques : SEAr: contrôle cinétique en général (les Friedel et Crafts sont sous contrôle
thermo? à vérifier…) Dans tout les tubes: environ les mêmes concentrations pour
comparer les vitesses. Discussion sur l’intermédiaire de Wheland, stabilité, postulat de
Hammond.
2) Orientation des SEAR
Blanchard p.135
Nitration du toluène
Phase de manip : extraction/lavage, CPV
Remarques : Vérif coeff de réponses identiques (3,2,1 des différents composés, aires
3,2,1 ok), condition CPV :
3) Application et intérêt des SEAR
Fuxa p.182
Synthèse d'une prophyrine
Phase de manip : essorage et lavage, UV
Remarques : bandes caractéristiques et savoir à quoi elles correspondent A 418 nm :
bande de Sorret ou bande B. Les 4 autres bandes sont appelées bandes Q (symétrie D 2h )
et si la porphyrine est métallée il n’y en a plus que 2 (symétrie D4h: montée en symétrire).
Les bandes d'absorption sont le résultat de transitions électroniques centrées sur le
macrocycle tétrapyrrolique, elles peuvent être interprétées à partir des niveaux
Conclusion : Bilan et application des substutions électrophiles en recherche et industrie
(colorants, textiles...)
MO16 : Alcools et phénols
Introduction : définition alcool, phénol. Exemple d’alcools et de phénols naturels
(glycérol, cholesterol, thymol, eugénol, sucres etc…)Propriétés communes (la
nucléophilie de l'oxygène -Williamson, estérification-, acide-base -la même mais pka
différents-) Propriétés spécifiques (alcool : SN et déshydratation; phénol : réactivité des
aromatiques, couplages.) Synthèse (alcool : hydratation, hydroboration des alcènes,
réduction de C=O, SN sur dérivés halogénés, phénol : oxydation du cumène, diazonium,
SNAr) ICO, Clayden.
I. Synthèse d'alcool
JD 17
Réduction du camphre
Phase de manip : lavage/extraction, polarimétrie
Remarques : modèle moléculaire, suivi de réaction par CP, introduction d’un centre
stéréogène en α du –OH impossible sur les phénols. Réaction inverse : réactivité
spécifique des alcools : propriété d’oxydation des alcools en carbonyles.
Transition : Alcool et phénol ont des réactivités communes
II. Réactivité commune des alcools et des phénols
Estérification : Synthèse de l'aspirine
JFLM Barbe p 153
Phase de manip : recristallisation, test des phénols, CCM
Remarques : test des phénols : Blanchard p 212, remarques : Vollhardt p.1023
Transition : Aromaticité permet aussi réactivité spécifique des phénols
III. Réactivité spécifique des phénols
Couplage oxydant du naphtol
JD 86
Phase de manip : test au papier iodoamidonné, essorage, Tfus,
Remarques : on peut faire les ajouts en deux fois plutôt que deux, voir manip L3
Conclusion : Bilan + intérêt, industrie
MO17 : Catalyse en chimie organique
Indiquer en début de chaque manip quel est le catalyseur
et en quelle quantité il a été ajouté.
Introduction : Définition d’un catalyseur : joue sur cinétique mais pas sur thermo.
Nouveau chemin réactionnel, Ea diminuée. Régénéré, n’apparaît pas dans le bilan de la
réaction. Définition catalyse homogène et hétérogène.
La catalyse est d’un intérêt très important en chimie en général et en chimie industrielle
en particulier dans le but d’obtenir des avancements de réaction importants dans des
délais raisonnables. Si on se concentre sur l’intérêt de la catalyse en chimie organique,
on peut citer la large utilisation de la catalyse dans l’industrie pharmaceutique dans
laquelle la majorité des réactions effectuées sont du domaine de la chimie organique.
I. Catalyse homogène
1) Par un acide de Brönsted
Synthèse de l'éthanoate d'isoamyle
-2h30JFLM-Barbe p. 86
Phase de manip : Dean-Stark, extraction/lavage, indice de réfraction?
Remarques : Evaporer molo, CCM : AE/EP 20/80. Merck index pour l’indice de
réfraction. A faire avec et sans catalyseur pour comparer les volumes d’eau.
Catalyse par un acide.
2) Par un métal de transition
Couplage de Heck
- 2hFuxa p.107
Phase de manip : recristallisation, filtration à chaud et lavage, point de fusion
Remarques : Faire suivi de réaction par CCM (éluant éther de pétrole/acétate d'éthyle
90/10 ou ajuster si migre trop ou pas assez). A la place de la distillation du styrène,
lavage à la soude comme dans le JD 41.
Pour la filtration à chaud, mettre la verrerie à l'étuve (entonnoir en verre, papier
filtre, erlen) et filtrer le mélange juste après le quenchage. => quenchage à l'eau,
destruction du catalyseur, permet d'avoir du Pd métallique qu'on va pouvoir filtrer.
II. Catalyse hétérogène
Hydrogénation catalytique
-3h-
Actualité chimique 03/2011
Phase de manip : fin des purges, filtration sur célite, CCM
Remarques : Insister sur avantage de pouvoir filtrer en catalyse hétérogène.
Conclusion : ouverture : catalyse asymétrique, enzymatique et supportée qui est un
compromis entre catalyse homogène et hétérogène (en cours de développement).
MO 18 : Synthèse et réactions
des dérivés des acides carboxyliques
Introduction : Définition des dérivés d'acide : composés donnant par hydrolyse un
acide carboxylique. Présentation ester, amide (composés d'intérêt, présents à l'état
naturel, ex : ester : arôme odorant comme ester de banane; amide : peptides); chlorure
d'acyle, anhydrides (intermédiaires de synthèses, n'existent pas à l'état naturel); nitrile
(rare à l'état naturel (présent dans huile d'amande, intermédiaire de synthèse)) Nitrile pas
la même strustre que les autres mais donne bien acide carbo par hydrolyse.
Les dérivés d'acides sont des acides activés, stratégies de synthèse, réactivité comparées
des dérivés d'acides.
Ils existent de nombreuses manières de les synthétiser et ils sont interconvertibles
comme on va le voir.
I. Synthèses
1) Synthèse d'un amide à partir d'un nitrile
Réaction d » Ritter
Daumarie Concours p.90
Phase de manip : essorage/lavage, point de fusion
Remarques : Pour les CCM, éluants : toluène/ acide acétique 95/5 marche très bien, bien
concentrer le benzonitrile pour bien le voir et attendre suffisament longtemps
l'évaporation du toluène. Discussion IR, avoir IR réactif.
2) Synthèse d'un anhydride d'acide à partir d'un acide carboxylique
Préparation de l'anhydride phtalique
MOI
Blanchard p.311
Phase de manip : lancement de la manip
Remarques : Discussion IR très importante
Transition : On a vu différents types de synthèse. Maintenant, réactivité.
II. Réactions des dérivés d'acides
1) Substitution électrophile aromatique par un chlorure d'acyle
Acylationd e Friedel et Craft
JD 55 et 92
Phase de manip : début manip (ajout de l'anisole), indice de réfraction
Remarques : Mettre chlorure d'acyle déjà dans l'ampoule à brome avant la présentation.
Mettre indicateur coloré dans le piège, phénolphtaléine pour voir virage et vérifier que
c'est un dégagement d'acide. Pas besoin du piège à décaline. Pour le lavage, on n'a pas
fait l'extraction des phases aqueuses à l'éther et on a un bon rendement --> gain de
temps. Indice de réfraction du produit pas donné dans le JD, par contre il est dans le
BUP de juin 2010 n° 925 qui reprend l'expérience du JD, sinon à apprendre par coeur :
nD25=1,533. Discussion IR.
Transition : Electrophilie permet aussi des AN+E comme on va le voir maintenant avec
une condensation de Claisen, cette réaction permet aussi de voir une autre réactivité
importante des dérivés d'acides : acidité du H en alpha.
2) Acidité du H en α
Condensatoion de Claisen (sur un ester)
Phase de manip : extraction/lavage
Remarques :
JD 89
Conclusion :
Bilan. Liste non exhaustive. Exemple. Réaction de formation de cycles possibles aussi
--> formation de lactone et de lactame. Industrie : polymérisation : nylon, polyester
permet la protection de l'acide. Clayden
MO19 : Protection de fonctions en chimie organique
Introduction : Nécessité protection, mais rajoute 2 étapes à la réaction !
Conditions à respecter (bon rendement faible cout, facile à éliminer, inerte vis-à-vis
des conditions opératoires) il faut protéger sélectivement. Notion de groupements
orthognaux. Clayden
I. Principe de la protection
Protection temporaire d'un aldéhyde
JD 25
Phase de manip : lancement de la manip, dépôt CCM élution, révélation CCM (acide
phosphomolybdique)
Remarques : Attention, contrôle très strict de la température. Réaction à faire avec et
sans GP si possible mais lancer la réaction sans GP uniquement si un technicien a
terminé tôt.
Transition : On a protégé un aldéhyde, un aldéhyde peut protéger un diol ...
II. Exemples de protection de fonction
1) Application à la chimie des sucres : protection des diols
JD 64
Phase de manip : filtration/essorage, lavages, polarimétrie
Remarques : Attention à la mousse en versant le milier réactionnel dans l'erlenmeyer
contenant le carbonate. Bien respecter le temps indiquer dans le mod-op sinon on a
ouverture de l’acétal méthylique. Voir Clayden p.1362 + Kocienski p.101 Ici contrôle
cinétique, car Iaire plus dégagé, en contrôle thermo, on protèerait tout car bcp d'eq.
Pas faire le lavage au chloroforme bouillant.
Transition :
2) Application à la synthèse peptidique : protection d'une amine
Daumarie TP p.117
Phase de manip : acidification de la phase aqueuse, extraction à l'éther, point de fusion
Remarques : Recristallisation pas nécessaire, produit commercial disponible (à passer
à l'IR pour comparer). Lavage (ether : enlever le chloroformiate-original le composé
d’intérêt est dans la phase aqueuse), acidification (alanine se protone, soude est
neutralisée) puis diéthyléther (enlever la soude, l’alanine passe en milieu orga). parler
des autres protections : Fmoc, Cbz, BOC.
Conclusion :
Aujourd'hui la synthèse peptique se fait sur support solide. Procédé mis au point par
Merrifield (PN 1984), greffage de l'extrémité acide carboxylique sur le support solide,
III. Réaction apparentée : condensation de Claisen
MO20 : Aldolisation, cétolisation, crotonisation
et réactions apparentées
Condensation de Claisen
Introduction : Définition aldolisation (cétolisation) : réaction d’un dérivé carbonylé
sur lui-même ou sur un autre. Créations de liaisons C-C. Pour ce faire : 2 étapes clés :
- réaction acidobasique pour former un nucléophile : dépend de l’acidité du
proton en alpha.
- Addition nucléophile de l’énolate du dérivé carbonylé qui joue le rôle
d’electrophile.
Réaction de deshydratation, crotonisation, création C=C !
I. Réaction d'autocondensation
Cétolisation de la propanone
Blanchard p.282
Phase de manip : Montage Soxhlet en route, CCM, indice réfraction?
Remarques : Pour la CCM on met un petit peu de DNPH (1 goutte dans 1 mL de produit)
car sinon c’est trop volatile et ça marche pas. Eluant : AE/EP 50/50. Merck Index
pour indice réfraction. Pas faire CPV car crotoniation dans la colonne. Faire IR et
comparer au produit commercial. A priori pas de crotonisation car pas de base dans
le ballon. Baryte hydratée comme catalyseur HO-, pka=14, acéton, pk= 20, équilibre
très peu déplacé d'où le Soxhlet. Indice de réfraction (=1,4000 dans le Handbook sous le
1-butanol-3-méthylacétate)
Transition : on peut également faire une aldolisation avec un électrophile différent.
II. Aldolisation croisée et crotonisation
Synthèse d'une chalcone
JD 90
Phase de manip : lancement, filtration/lavage, recristallisation selon le temps
Remarques : recristallisation possible. Pb de l'aldolisation croisée, possibilité de
nombreux produit, mais adéhyde plus électrophile et un seul composé énolisable.
Vu les pka (HO- 14 et 15 pour réactif) équilibre pas très déplacé mais quand même par
crotonisation. Chimie vert : pas de solvant. Intérêt industriel : plus de 60% de la
production mondiale d'acétone et au moins 30% de celle d'aldéhyde sont utilisés de cette
manière.
Transition : Cette réaction ne se limite pas aux groupements carbonylés, ça marche du
moment qu’il y a un H acide et un site electrophile.
JD 89
Phase de manip : extraction, poinr de fusion
Remarques : Mélange pas tout à fait homogène au début comme le dit le protocole.
Nautraliser avec HCl 6M au lieu de 1M. CCM pentane AE 90 10
Conclusion :
Ouverture synthèse asymétrique, comment contrôler la stéréochimie du nouveau
groupe formé => oxazolidinone d’evans ...
●
MO21 : Les esters
Introduction : Les esters sont omniprésents dans la nature: contribuent à de
nombreux arômes ou odeurs fruitées et présents dans les phéromones. (exemples ICO)
Dans l'industrie : arômes culinaires; synthèse de médicaments (aspirine)
Def Vollhardt: dérivés d'acides carbo, en forment par hydrolyse. Ils dérivent
formellement d'un acide organique ou inorganique par remplacement du H de la fonction
acide par un radical alkyle.
I. Synthèse d'un ester
Synthèse de l'éthanoate d'isoamyle
JFLM-Barbe p.86
Phase de manip : lavage/extraction, indice de réfraction, Dean-Stark
Remarques : CCM (pentane/AE 80/20,révélation KMnO4), réaction catalysée, assistance
électrophile de H+, méthode basée sur hétéroazéotrope entre cyclohexane et eau.
dcyclo<deau donc retour cyclohexane dans le mélange réactionnel. Pour prouver
présence de l'eau séparer les deux phases dans deux béchers différents et ajouter CuSo4
anhydre dans les deux, un se colore et l'autre non. (cyclohexane pas assez solvatant),
donner % du catalyseur acide. 2 énantiomères n'ont pas la même odeur : récepteurs du
nez.
II. Réactivité
1) Electrophilie du carbone
Blanchard p.318
Synthèse de l'oxamide
MOI
Phase de manip : Présentation de la manip en entier, précipitation, essorage, test
caractéristique
Remarques : Trouver conditions CCM, faire IR. Test caractéristiques des amides : tests à
l'hydroxylamine ou test au sulfate de cuivre Bayle T1 p.110
2) Acidité du H en α
●
Sur un ester organique
JD 89
Condensation de Claisen
Phase de manip : CCM, point de fusion
Remarques : Mélange pas tout à fait homogène au début comme le dit le protocole.
Nautraliser avec HCl 6M au lieu de 1M. CCM pentane AE 90 10, différence de
réacivité si on avait utilisé méthanoale et pas tBuolate car encombrement stérique,
excès de base nécessaire.
Sur un ester inorganique
Blanchard p.375
Réaction de Horner-Wadworth-Emmons
Phase de manip : recristallisation
Remarques :
Conclusion : On a vu :
-méthode de synthèse quantitative des esters grâce à élimination de l'eau formée à l'aide
d'un Dean-Stark
-acidité du H en alpha, électrophilie du C fonctionnel: permet formation d'intermédiaires
de synthèse intéressants
La fonction ester constitue aussi groupement protecteur le plus usuel de la fonction AC.
Déprotection : hydrolyse de l'ester. Hydrolyse basique (saponification) présenter
également importance économique particulière, puisqu'elle permet préparation des
savons à partir des triglycérides.
3) Couplage peptidique
MO22 : Acides α-aminés; peptides
Activation de la fonction carboxyle de l'alanine
Phase de manip : lancement de la manip et test de Biuret Chimie du petit déjeuné p.63
Remarques : changement de couleur du produit.
Définition acide α-aminé : acide carboxylique présentant une fonction amino en alpha.
20 aa naturels qui diffèrent par leur chaîne latérale. Si l’on couple deux aa on obtient un
peptide, présentant une liaison amide entre l’acide d’un aa et l’amine de l’autre aa auquel
il est relié. Peptide de plus de 50 aa = protéines.
Conclusion : Aujourd’hui la synthèse peptidique se fait sur support solide. Procédé
Introduction :
I. Propriétés des acides aminés
JFLM-Barbe p.23
1) Chiralité
Phase de manip : recristallisation, polarimétrie
Remarques :
Transition : Les chaines latérales vont aussi conditionner une propriété importante
des aa qui est leur acido-basicité
1) Acidité/basicité
Chimie du petit déjeuné p.71
Electrophorèse d'aa
BUP n°664, 1984, 1043-1049
Phase de manip : dépôt des aa sur papier et lancement électrophorès, révélation à la
ninhydrine?
Remarques : 5mA pdt 2h; manipuler avec des gants pour ne pas mettre d'aa mais le
papier, parler de point isoélectrique, ici méthode analytique sur papier mais peu se faire
sur gel.
Transition : Cette acido-basicité va poser problème lors de la synthèse de peptides
car NH3+ pas nucléophile et COO- mauvais electrophile !!
II. Couplage peptidique
Daumarie Concours p.117
1) Protection de fonction
Protection de la fonction amine de l'aniline
Phase de manip : Précipitation,extraction/lavage, Tfus, acidification phase aqueuse
Remarques : Recristallisation pas nécessaire
2) Activation de la fonction carboxyle de l'alanine
Activation de la fonction carboxyle de l'alanine
Phase de manip : dissolution, filtration
Remarques : Partir de l'alanine protégée commerciale
mis au point par Merrifiel (PN 1984), présente de nombreux avantages : notamment
une purification rapide par simple filtration...
Conclusion : Fonction assez centrale en chimie organique car on peut la réduire,
MO23 : Réactions de formation de liaisons simples C-O
Introduction : C-O simples sont présnetes dans de nombreux composés car présentes
dans de nombreuses fonctions : alcools, phénols, étheroxydes, acétals... Présents dans de
nombreuses molécules naturelles comme les sucres.
La liaison est polarisée donc bonne réactivité pour former intermédiaires de réaction par
exmple. Difficile à caractériser par en IR car vibration dans la zone des empreintes
digitales (1050-1450 cm-1)
HP Chimie PC
I. Par nucléophilie de l'oxygène
1) Substitution nucléophile
Formation d'u étheroxyde : O-alkylation du β-naphtol
JD 67
Phase de manip : lancement, point de fusion
Remarques : Bien connaîtres les pKa des différentes espèces (35 pour NaH et 10 pour
naphtol, 30 pour DMSO) savoir justifier qu'on a choisi ce solvant pour avoir un cation
bien solvaté, donc un oxygène « nu » qui va réagir avec l'agent alkylant.
2) Addition nucléophile
Protection d'un sucre – acétalisation
Phase de manip : filtration, pouvoir rotatoire
Remarques :
JD 64
II. Par réaction d'oxydo-réduction
1) Oxydation d'un alcène
Epoxydation du citral
Phase de manip : extraction lavage, CCM
Remarques :
Grüber p.329
Transition : formation aussi par réduction
2) Par réduction d'un carbonyle
Réduction du camphre
JD 17
Phase de manip : lancement
Remarques : modèle moléculaire, suivi de réaction par CPV, introduction d’un centre
stéréogène en α du –OH
l'oxyder, former des liaisons R-X....
Il existe aussi epoxydation énantiosélective de Sharpless.
MO24 : Composés éthyléniques et acétyléniques
Introduction :
Les composés présentant des liaisons C-C insaturées se rencontrent très
fréquemment dans la chimie des substances naturelles (huiles essentielles,
phéromones, etc…). Connaître leur réactivité et savoir également comment les
former est donc fondamental. Définition éthyléniques et acétyléniques. Que vont
apporter ces liaisons π ? Propriétés intéressantes des doubles et triples, riches en
électrons. Mais dans cette même classe de composés, les composés éthyléniques et
acétyléniques diffèrent par leurs réactivités et leurs propriétés.
I. Synthèse d'un composé éthylénique
Réaction de Horner-Wadworth-Emmons
-2hBlanchard p.375
Phase de manip : lancement, filtration/lavage, point de fusion
Remarques : utiliser tBuOK, diviser les quantités par 2. Comme purification, on peut
faire la recristallisation proposée, mais fait perdre bcp de rendement.
Discussion : La reaction de Horner – Wadsworth – Emmons (HWE), version modifiée de
la réaction de Wittig met en jeu un phosphonate plutôt qu’une phosphine. La
déprotonation de ce phosphonate permet le création d’un ylure de phosphonate dont le
carbanion est stabilisé lui conférant un caractère plus nucléophile que l’ylure de
phosphonium crée lors de la réaction de Wittig. De plus, la réaction est relativement
sélective en faveur de la formation de l’isomère E (ou trans). (NB : La modification de
Still-Genari permet d’obtenir l’isomère cis majoritairement).
Caractérisations : IR, point de fusion, CCM (Ether de pétrole/AcOEt 90/10)
Transition : on peut former des composés éthyleniques par réduction des alcynes. En
effet, les liaison π sont susceptibles d’être détruire par addition d’hydrogène.
II. Réactivité commune
Hydrogénation catalytique
-3hActualité chimique 03/11
Phase de manip : dernière purge? filtration sur célite, CPV
Remarques :
Discussion : La contrôle de la réduction de l’alcyne à l’alcène (sans aller jusqu’à
l’alcane) se fait en utilisant le catalyseur de Lindlar (Palladium déposé sur carbonate de
calcium et désactivé par des additifs au plomb). Le composé cis (Z) est obtenu par cette
méthode (le composé trans peut lui être obtenu par la réduction de Birch utilisant
Na/NH3)
Caractérisations : CCM, CPV (piquer le réactif et l’alcène commercial), IR, nd20
III. Réactivités spécifiques
1) Réactivité spécifique aux composés éthyléniques
Epoxydation du citral
-1h30Grüber n°29
Phase de manip : CCM, extraction/lavage
Discussion : sur la régiosélectivité et pourquoi c'est spécifique des composés
éthyléniques => pas possibile avec acétylénique car carbone trigonal trop contraint.
Caractérisations : IR,CCM
2) Réactivité spécifique aux composés acétyléniques
Formation d'acétylure
-30 minBlanchard p.128
Phase de manip : manipulation en tube à essai
Remarques : Spectre IR des réactifs et produits pour voir déplacement de la triple liaison
CC et disparition de la liaison C-H acétylénique.
Discussion : pourquoi c'est spécifique des composés acétyléniques, alcynes vraies :
acidité du H.
Caractérisations : IR
Conclusion :
Bilan + autres réactions : formation de composés acétylénique, réactivité spécifique :
couplages, autre réactivité commune : Diels Alder, métathèse (alcène et alcyne),
polymères (industrie).
Couplage de Heck
MO 25 : Organométalliques
Introduction :
Les organométalliques sont des composés qui présentent une liaison Carbone-Métal de
type σ ou π. On ne va s’intéresser qu’aux liaisons σ. Elle est très polarisée. D’après les
électronégativités, le carbone est chargé négativement : c’est ce qui est à l’origine de sa
réactivité si particulière. ICO
2 mots sur réaction historique de formation des organomagnésiens et Victor Grignard.
HP prépa PCSI On va voir que les organométalliques sont très réactifs et sont des
intermédiaires de réactions très intéressants pour la création de liaisons C-C.
I. Synthèse d'un organométallique
Synthèse d'un organomagnésien
-3h30- Grüber n°40 + Fuxa p.49
Phase de manip : préparation de la solution d’halogénoalcane. On la verse dans
l’ampoule. On lance le magnésien.
Remarques : Pendant qu'on lance la manip, c’est l’occasion de parler du montage,
d’umpolung et moyen de lancer si échec. Attention, les ballons d’azote se dégonflent très
vite !
II. Réactivité des organométallique
1) Propriétés basiques
Dosage du MeLi
-30 minJD 8
Phase de manip : prélèvement sous azote et dosage.
Remarques : Seringue en verre. Prévoir de l’isopropanol si accident, attention à ne pas
laver à l'eau! Mais doucement à l'alcool très très sec. Sable pour éteindre si feu.
2) Propriétés nucléophiles
Synthèse de l'oct-1-èn-3-ol
-suite du I (compris dans les 3h30^^)- Grüber n°40
Phase de manip : extraction, lavage, séchage, indice de réfraction
Remarques : Piège à la 2,4-DNPH à la sortie de rotavap, calculs des charges sur
l'acroléine sur Hulis pour justifier régiosélectivité.
Transition : Les organométalliques ne sont pas uniquement des réactifs précieux en
synthèse, ils peuvent aussi être des intermédiaires réactionnels qui apparaissent en
catalyse organométallique
III. Couplage au palladium
-2h-
Fuxa p.107
Phase de manip : recristallisation, filtration à chaud, point de fusion ou filtration après
recristallisation dans erlenmeyer et lavage.
Remarques : Faire suivi de réaction par CCM (éluant éther de pétrole/acétate d'éthyle
90/10 ou ajuster si migre trop ou pas assez). A la place de la distillation du styrène,
lavage à la soude comme dans le JD 41.
Pour la filtration à chaud, mettre la verrerie à l'étuve (entonnoir en verre, papier filtre,
erlen) et filtrer le mélange juste après le quenchage => quenchage à l'eau, destruction du
catalyseur, permet d'avoir du Pd métallique qu'on va pouvoir filtrer.
Faire chauffage à reflux 1h30 au lieu de 2h.
Ajout lavage à l'eau pour éliminer les sels qui auraient pu être piégés, lavage à HCl dilué
pour enlever tributylamine.
Conclusion :
On a vu comment on pouvait synthétiser les organométalliques et leurs propriétés. Il
existe des organométalliques avec les liaisons π. On peur citer le ferrocène qui présente
un intérêt en chimie inorganique.
Exemples du large éventail de réactivité de ce type de composés (substitutions,
ouvertures d’époxydes, autres organométalliques : cuprates, zinciques, organocadmiens
etc…) et autres réactions de couplages. Ne pas oublier leur forte utilisation comme
bases, notamment pour les organolithiens.
Organométalique dans la nature : cobaltamine vitamine B12.
MO 26 : Dérivés halogénés
Introduction :
Définition dérivé halogéné : composé dérivant d’un hydrocarbure ou un halogène
substitue un H.
Halogène dans l’avant dernière colonne de la CP, on exclue F car toxique corrosif
verrerie spéciale et Astate car radioactif. Caractéristique de la liaison (polarité),
(évolution électronégativité/rayon atomique).
inducteur de X) et donc polyhalogénation. Par contre en milieu acide, une fois
monohalogéné, l’oxygène est moins nucléophile car X pompe les électrons, donc pas de
polyhalogénation.
Caractérisation : Tf
Transition : il existe d’autres transpo de ce type : défaut d’O dans Baeyer villiger. On
s’intéresse maintenant à l’autre catégorie de transposition : sigma tropique gouvernée par
les OF.
II. Réactivité des dérivés halogénés
I. Synthèse
1) Bromation en α dun carbonyle
Bromation en α d'un carbonyle
-1h30JD 75
Phases de manip : CCM, lancement, filtration/lavage, Tfus
Remarques : -Ne pas faire IR ça n'apporte rien.
-Utilité de Br3- : éviter l'utilisation du dibrome toxique et éviter la bromation sur le cycle
aromatique JD+ICO p.642-644. CCM (pentane/éther 2/1), Avantages de l’utilisation de
Br3- par rapport à Br2 : moins réactif donc sélectif de la position aliphatique, solide donc
facile à manipuler, très très soluble dans le THF. Le dibrome est un liquide très dense
(d=3) donc difficile à manipuler, volatile, très oxydant, peu soluble dans le THF.
-Pq une seule substitution électrophile dans cette expérience ? car en ajoutant un brome
on désactive la position aliphatique.
-Pq utilisation du THF ? car les réactifs y sont solubles mais pas le produits => obtention
du produit par simple essorage sur fritté.
-Lavage du poduit avec de l’eau glacée : on diminue la solubilité du produit dans l’eau et
on élimine le dibrome qu’on a formé lors de la réaction (le dibrome est peu soluble dans
le THF)
Caractérisation : (IR), CCM 60/40 pentane/ether, Tfus
Transition : Application
2) Test à l'iodoforme
Test à l'iodoforme
– 30 min –
MOI
Blanchard p.293
Phases de manip : Tfus, test => précipité
Remarques : Mécanisme dans les livres de prépa 2e année (ex Tec&Doc) il s’agit d’un
test caractéristique des méthylcétones. Il se produit une trihalogénation en milieu
basique, or le dérivé trihalogéné n’est pas stable en milieu basique, on obtient un acide
en présence d’une base forte (CX3) on a donc une réaction totale. On utilise de
préférence le diiode car l’iodoforme apparaît sous la forme d’un précipité jaune.
Remarque : en milieu basique, les H géminés de X deviennent plus labiles après
monohalogénation, donc facilement enlevés (la charge négative est stabilisé par l’effet
1) Substitution nucléophile
Réaction de Darzens
– 3h30 –
JD 95
Phase de manip : prélèvement sous azote + commencer le goutte à goutte,
extraction/lavage
Remarques : Diviser les quantité de matières par deux + mais attention solubilisation de
tBuO- difficile dans THF. Diviser le premier jet exactement par deux pour tenter de
calculer un rendement. Attention émulsion pour extraction => mettre suffisament de
phase organique, au cas où ajouter NaCl sat.
Préparer solution hydroalcoolique du produit (éthanol /eau 1:1) => sent la fraise
Discussion : Parler de stéréochimie. On a une SNi, on obtient 4 produits énantiomères
deux à deux. Discussion sur les faces d'attaques : présenter le mécanisme du JD. Parler
de formation de cycle, effet entropique et enthalpique.
Caractérisation :
CCM (pentane/éther 75/25) révélation UV et acide
phosphomolibdique, indice de réfraction, IR (réactifs et produits)
2) Insertion oxydante
Couplage de Heck
-2hFuxa p.107
Phase de manip : recristallisation, filtration à chaud et lavage, point de fusion
Remarques : Faire suivi de réaction par CCM (éluant éther de pétrole/acétate
d'éthyle 98/2 ou ajuster si migre trop ou pas assez). Reflux pendant 1h30 et pas 2h.
A la place de la distillation du styrène, lavage à la soude comme dans le JD 41.
Rajouter tout à la fin un essorage à froid et laver le solide 5 mL d’eau et EtOH
Eau : éliminer sels, acétate... détruit le catalyseur afin d’avoir Pd métallique. Filtration à
chaud pour éliminer le Pd. Pour la filtration à chaud, mettre la verrerie à l'étuve
(entonnoir en verre, papier filtre, erlen). Puis essorage à froid pour récupérer le produit.
Lavage eau pour éliminer sels, éthanol pour éliminer le reste et sécher.
Conclusion : Réactivité intéressante. Parler de magnésien. Bon intermédiaires de
synthèse.
MO 27 : Diènes
Introduction :Défintion IUPAC : un diène est un composé présentant deux doubles
liaisons C=C. Il existe diènes conjugués, non conjugués, allènes. Présence dans la
nature : limonène, terpène, β-carotène... ICO
I. Synthèse d'un diène
Réaction de Horner Wadwoorth Emmons
Blanchard p.375
Phase de manip : lancement de la manip, filtration/lavage, point de fusion
Remarques : Utiliser tBuOK comme base, diviser les quantités par 2. pKa(α de P)
=27; pKa(tBuO-)=16, différents dans DMF. Wittig sous contrôle cinétique mais
produit thermo majoriataire.
Transition : Possibilité de synthèse avec HWE, mais peuvent se former aussi in situ par
réaction électrocyclique puis réactivité comme on va le voir!
NB : formation du diène par réaction chéotropique à partir du sulfonène, on chauffe,
contrôle cinétique.
II. Réactivités des diènes
1) Réactivité des diènes conjugués
Réaction de Diels Alder
Blanchard
Phase de manip : lancement de la manip, cristallisation
Remarques : Ne pas mettre de charbon actif (car sert à piéger les impuretés mais difficile
à filtrer). Fin de la réaction quand ça arrête de buller.
Transition : Réaction spécificique des diènes conjuguées, quand les diènes ne sont pas
conjugués, réactivité commune à celle des alcènes qu'on connait mais on peut avoir des
problèmes de régiosélectivités, influence des substituants, ce quon va voir!
2) Réactivité des diènes non conjugués
Epoxydation du citral
Grüber n°29
Phase de manip : extraction/lavage, CCM, révélation au para-anisaldéhyde
Remarques : calcul orbitalaire Hulis pour connaître le centre réactif. Pour époxyder
l'autre C=C, utilisation de mCPBA
Conclusion :
Bilan. Autres réactions possibles : sigmatropiques, transposition, polymérisation
MO 28 : Composés aromatiques
Introduction : Définition d’un composé aromatique (appelés ainsi car certains
possèdent une odeur), règle des 4n+2 électrons en Hückel, critère de RMN pour
caractériser l’aromaticité (δ=6,5-8ppm), comprend aussi bien des cycles carbonés que
des hétérocycles (pyrroles, furanes, thiophènes, pyridines). Composés aromatiques
apparaissent dans de nombreux composés naturels (nicotine -pyridine-, morphile
-phénol-, ...) Il est important de savoir les synthétiser et de connaître leur réactivité. Très
différente de celle des alcènes du fait de l’aromaticité (la molécule cherche à préserver
son cycle aromatique) .ICO
I. Synthèse d'un composés aromatiques
Synthèse d'un pyrrole
Fuxa p.75
Phase de manip : lancement : ajout d’amine primaire, lavage de l’alumine au dichlo,
CCM, test à la 2,4 DNPH?
Remarques : utiliser un barreau pas trop trop gros et gratter régulièrement le solide
qui colle aux parois (but : optimiser le contact entre les réactifs) Faire un IR. Cétone
migre plus que amine sur CCM.
Discussion : Formation classique du pyrrole par la réaction de Paal-Knorr (cata =
zéolithe, Al2O3, APTS, solvant = méthanol, éthanol, eau, toluène, DMF) cf Kürti.
Doublet du pyrrole conjugué avec le cycle (6 e- au total). Vibrations caractéristiques
en IR : nu NH vers 3400-3500 cm-1, nu cycle vers 1550-1600 cm-1. Cette réaction
marche super bien, en plus on est sur phase solide donc c’est original, la CCM et
l’IR permettent bien de discuter.
II. Réactivités des composés aromatiques
Remarques : CPV : Four 120°C, Inj et Det 210°C, SE30. Teb des différents composés :
o=225°C, m=230°C, p=238°C. Mettre un 1 mL de toluène. Verser plutôt l'acide dans
l'eau. Neutraliser dans un erlen car attention dégagement de CO2. Méthode de l'étalon
interne?
Discussion : L’électrophile est ici le nitronium NO2+, le nucléophile est le toluène. Poser
la problématique de la régiosélectivité et la justifier par un mécanisme. On introduit les
règles de Hollemann, cad la substitution en ortho/para favorisée pour les cycles enrichis
par des substituants +M et +I comme c’est le cas ici. Régiosélectivité + mono vs
polynitration. En industrie, on réalise les nitrations l’une après l’autre, et la dernière
nitration se fait dans l’oléum. Autre SEAr en mentionnant pour chacune l'électrophile.
Application à la synthèse de colorants, textiles.
III. Application à la synthèse de macrocycle
Synthèse de la porphyrine
Fuxa p.182
Phase de manip : addition du pyrrole, essorage/lavage, UV
Remarques : distiiler le pyrrole, papier filtre dans le fritté.Déposer benzaldéhyde et
pyrrole sur CCM.
Discussion : L’électrophile est ici le benzaldéhyde protoné, le nucléophile est le pyrrole.
La réaction se produit en 2 étapes : SEAr du benzaldéhyde protoné sur le pyrrole, puis
oxydation spontanée du macrocycle obtenu pour avoir une porphyrine aromatique.
Schéma d’aromaticité (Fuxa). Difficulté de former un macrocycle, possibilité d’avoir
recours à l’effet template avec un métal comme Mn (cf Fuxa), c’est un effet entropique.
Porphyrine très présente dans le corps : noyau hème.
Bandes caractéristiques et savoir à quoi elles correspondent A 418 nm : bande de Sorret
ou bande B. Les 4 autres bandes sont appelées bandes Q (symétrie D 2h )et si la
porphyrine est métallée il n’y en a plus que 2 (symétrie D4h: montée en symétrire). Les
bandes d'absorption sont le résultat de transitions électroniques centrées sur le
macrocycle tétrapyrrolique, elles peuvent être interprétées à partir des niveaux
énergétiques de 4 orbitales moélculaires de type π. Transitions π->π *. Soret : S2<- S0;
Q : S1 <- S0
1) Mise en évidence
Conclusion :
Bilan. Autres réactions possibles : substitutions nucléophile aromatique, oxydation des
chaînes latérales.
Implication dans les couplages au palladium (Suzuki, Heck)
Action de KMnO4 sur le cyclohexène, sur le toluène
Phase de manip : manip en tube à essai
Remarques
:
Transition : Réactivité différente de celle des alcènes due à l'aromaticité, une des
réactivité les plus importantes des aromatiques : SEAr.
2) Substitution électrophile aromatique
Nitration du toluène
Phase de manip : extraction/lavage, CPV
Blanchard p.135
MO29 : Chromatographie
Introduction : définition chromato. La chromatographie est une technique de
séparation des substances chimiques qui repose sur des différences de comportement
entre une phase mobile et une phase stationnaire. La chromatographie peut être
analytique ( identifer ou doser les composés chimiques d'un mélange) ou préparative
(purifier des produits, obtenir des échantillon)
I. Chromatographie analytique
1) Chromatographie en phase gazeuse
Nitration du toluène
Blanchard
Phase de manip : lavage/extraction, injection CPV
Remarques : méthode de l'étalon interne, condition CPV : SE30 apolaire,
+si possible tester d'autres conditions pour voir évolution.
p.135
2) Chromatographie sur couche mince
Identification des pigments d'épinard
Florilège p.167
Phase de manip : réalisation CCM
Remarques: composés dissous dans l'éther, éluant : 70/30, essayer différentes sortes
d'éluant opur comparer.
Transition : Après avoir tourver les conditions sur CCM, la chromato peut être rendue
quantitative grâce à une colonne.
II. Chromatographie préparative
1) Chromatographie sur colonne d'alumine
Séparation des pigments d'épinards
Florilège p.167
Phase de manip : dépôt sur colonne et élution jusqu'à obtention anneau jaune.
Remarques : faire UV
2) Chromatographie échangeuse d'ions
Séparation d'acides aminés
BUP 1984 n°668 p.269
Phase de manip : préparation colonne et élution
Remarques : résine : polymère de polystyène avec groupement sulfonné à la surface.
Conclusion : Bilan , HPLC : automatisée, pression et débit plus important.
Chromatographie souvent utilisée couplée par exemple avec la spectro de masse dans
l'industrie pharmaceutique.
MO30 : Etude de composés organiques naturels
Introduction : Clayden
Les composés organiques (au moins un atome de C relié à au moins un atome de H)
naturels sont des molécules qu’on peut extraire de la nature (plantes, microorganismes,
animaux). On distingue plusieurs grandes familles de composés : les sucres, les acides
aminés, les nucléotides, les lipides sont les principales familles biochimiques. A cela, il
ne faut pas oublier d’ajouter les terpènes (polymères d’isoprène) et les alcaloïdes
(composés azotés basiques (le plus souvent des hétérocycles), pouvant avoir une activité
pharmacologique).
Pourquoi s’y intéresser ? Pour comprendre leur rôle dans les divers organismes et pour
essayer d’identifier leurs fonctions qu’il pourrait être intéressant d’établir à travers des
synthèses biomimétiques
I. Obtention de composés organiques naturels
Séparation des pigments d'épinards
-3hFlorilège p.167
Phase de manip : dépôt sur colonne et élution jusqu'à obtention anneau jaune.
Remarques: faire UV, éluer directement avec éther de pétrole/acétate d’éthyle (90:10)
pour décrocher le β-carotène dès le début, puis acétate d'éthyle et ajouter méthanol pour
décrocher anneau vert.
Discussion : à permis de séparer les pigments et donc de les obtenir. Mais aussi montre
déjà certaines propriétés que peuvent posséder les composés naturels : jeu sur la
chiralité. donner la définition de terpène (Chimie des couleurs et des odeurs), parler de
la chlorophylle (chlorine naturelle) qui permet d’introduire une sous-classe de molécules
naturelles, les groupements prosthétiques. Pour les bandes caractéristiques des
porphyrines, le Artero et le Fuxa sont bien.
Caractérisation : -2 CCM du brut avant colonne (éluants : éther de pétrole et éther de
pétrole/acétate d’éthyle 70/30, calcul des Rf
-CCM des deux fractions après colonne + co-dépôt (éluant : éther de pétrole/acétate
d’éthyle 70/30)
-UV : brut et fraction.
II. Etudes de 2 classes de composés organiques naturels
1) Les lilipides : indice d'iode d'un corps gras
Indice d'iode
-2hChimie du petit déjeuner p. 169
Phase de manip : Titrage par S2O32 => Faire sur la margarine
Remarques : Calcul du nombre d’insaturations contenues dans le beurre et la margarine.
Réaction avec ICl puis dosage du I- en excès par S2O32Bien agiter pour mélanger CHCl3 et eau. La solution est blanche en fin de dosage, c’est
l’effet Tyndall. Attention à être bien clair sur ce qui réagit avec quoi dans les différentes
étapes, et dans les calculs du nombre d’insaturations et du nombre d’iode à la fin.
En préparation, faire dosage sur le beurre.
2) Les sucres : effet anomère des sucres
Etude de la mutarotation du glucose
Brénon-Audat p 165
Phase de manip : lancement de la manipulation, manipulation à t long (ne faire que pour
une concentration d’acide si pas le temps => on suit juste α et on regarde à l’équilibre
pour remonter aux proportions de sucre alpha et béta)
Remarques : connaître l’effet anomère, savoir l’expliquer NTA. Alpha et beta définis par
rapport au CH2OH vis à vis du plan moyen du cycle (prévoir modèle moléculaire).
Alpha=stéréochimie du carbone anomère, (+) = fait tourner le plan de la lumière
polarisée vers la droite pour un observateur placé en sortie du faisceau, D =
configuration du carbone du bas si on représente le sucre en Fischer (tous les sucres
naturels sont D). Le glucose est la forme linéaire, le pyranose est la forme cyclique à 6
membres. Alpha et beta sont des diastéréoisomères. Le glucose est ici introduit
exclusivement sous forme alpha, et on observe l’isomérisation en milieu acide par
ouverture de l’hémiacétal et reformation de l’hémiacétal dans l’autre configuration. On
utilise le fait que le glucose est une molécule chirale. Si ordre 2, le temps de demi-vie
serait proportionnel à 1/C0.
On ajoute NaCl pour être à force ionique constante.
III. Utilisation en synthèse : les acides-aminés
Dédoublement racémique
– 2h30 –
JFLM Barbe p 23
Phase de manip : Filtration, polarimétrie, recristallisation, Tfus
Remarques : On forme le sel : acide succinique déprotonée, amine de la proline
protonée. Un des dia précipite. pKa de l’acide succinique est de 4 environ et celui de la
proline 2 ; 10 donc pas favorable mais la précipitation tire la réaction (précipitation car
propan-2-ol constante diélectrique 20 et moment dipolaire 1,66 D). On filtre, on lave le
solide et on évapore le filtrat. Pour le solide, on rajoute HCl ce qui protonne la proline et
l’acide neutre précipite. On le lave et on le recristallise dans l’eau.
Discussion : La chiralité des aa est lié à la chaine latérale, ils sont L selon Fischer S selon
CIP pour la majorité, Hypothèse sur cette chiralité très spécifique rencontrée dans le
vivant. Utilisation en chimie organique pour introduire de la chiralité et faire des
réactions stéréosélectives (ex Auxiliaires d’Evans, CBS)
Conclusion :
Bilan : mol vu et ptés. Autre mol nat.(alcaloïdes, acides nucléiques…)
Complexité des composés naturels (centres asymétriques, géométrie de double liaison,
diversité de groupements fonctionnels). Complexité encore difficile a atteindre par la
synthèse. D’où l’importance de l’utilisation de ces composés tant à l’échelle du
laboratoire (ex : organocatalyse) qu’industrielle (hémisynthèse du taxol)
Les molécules organiques naturelles possèdent des centres asymétriques tous faits, et
sont ainsi d’excellents précurseurs de molécules chirales complexes (hémisynthèse du
Taxol). Dans ce montage, on n’a pas parlé des nucléotides (constituants de l’ADN), mais
ils ont également une grande importance en chimie pharmaceutique, puisqu’on peut
synthétiser des médicaments contre VIH (Clayden).
Remarques :
● Si la manip sur l’indice d’iode n’est pas possible faire toute la mutarotation du
glucose et faire l’électrophorèse des aa
Electrophorèse – 2h30 –
Chimie du petit déjeuner p 71 et BUP 664 p 1043.
Avec du jus de citron !
Conclusion : Complexité des composés naturels (centres asymétriques, géométrie de
double liaison, diversité de groupements fonctionnels). Complexité encore difficile a
atteindre par la synthèse. D’où l’importance de l’utilisation de ces composés tant à
l’échelle du laboratoire (ex : organocatalyse) qu’industrielle (hémisynthèse du taxol)
Les molécules organiques naturelles possèdent des centres asymétriques tous faits, et
sont ainsi d’excellents précurseurs de molécules chirales complexes (hémisynthèse du
Taxol). Dans ce montage, on n’a pas parlé des nucléotides (constituants de l’ADN), mais
ils ont également une grande importance en chimie pharmaceutique, puisqu’on peut
synthétiser des médicaments contre VIH (Clayden).
2) Cyclisation intermoléculaire
MO 31 : Réactions de formation de cycles
en chimie organique
Introduction :
Pourquoi s’intéresser à molécules cycliques : 1) Intermédiaires de synthèse car cycles
tendus réactifs (époxyde) 2) Rigidifier structures : utilisé dans le vivant (hèmes) 3)
Nombreuses molécules naturelles et cibles thérapeutiques (stéroïdes) = cibles de
synthèse. Problématiques différentes selon la taille du cycle (parler de ça au cours du
montage) d’où le plan : Petits cycles (3,4) (et aussi 7,8) défavorisé enthalpiquement
(tension de cycle car angle très différent de 109°) Grands cycles défavorisé
entropiquement car la cyclisation réduit plus fortement le nombre de conformations pour
une longue chaîne que pour une chaîne a trois éléments par exemple. Cycles moyens
plus communs ar moins contraints. D’où réactions sous contrôle cinétique et non
thermodynamique, et conditions spécifiques.
I. Formation de petits cycles
Réaction de Darzens
-3hJD 95
Phase de manip : prélèvement sous azote, lancement de la réaction
Remarques : diviser les quantités par deux, plus diluer tBuOK dans THF anhydre.
Discussion : parler de formation de cycle, discussion entropique, enthalpie, ici cycle à
tois intramoélculaire => favorisé entropiquement mais pas enthalpiquement (tensiosn de
cycles) Dans cette réaction, première étape équilibrée mais pas la deuxième => tire la
réaction.
Transition : Ici on a réalisé une formation de cycle intramoléculaire, on aurait pu aussi
faire une époxydation en apportant un atome d’oxygène pour former un cycle, pour des
plus gros cycles, on va réunir deux fragments plus importants comme dans la DielsAlder.
II. Formation de cycles communs
1) Cyclisation intramoléculaire
(si on le sent bien, pas obligé)
Synthèse de l'anhydride phtalique
-30minBlanchard p.311
Phase de manip : toute la réaction, point de fusion
Remarques : prélever le solide avant que l'eau ne puisse ne condenser sur le verre.
Discussion : formation de cycle à 5 intramoléculaire. Discussion spectre IR.
Réaction de Diels-Alder
-2h30JD 38
Phase de manip : extraction/lavage, CPV
Remarques : CPV : Tinj/det = 230°C, Tfour = 215°C
CCM : Pentane/ether 90/10. Mettre un piège à la 2-4 DNPH à la sortie du rotavap
Transition : Nous avons vu comment créer des cycles communs, mais dans la nature on
rencontre souvent des cycles de plus grande taille, des macrocycles, comme la
porphyrine.
III. Formation de macrocyles
Synthèse de la tétraphénylporphyrine
-3hFuxa p.182
Phase de manip : filtration/lavage, UV
Remarques : Diviser par 5 les quantités, distiller sur 30 mL et s’arrêter quand on en a 10,
papier filtre sur fritté pour pas le boucher, CCM dans DCM, UV dans DCM.
Caractérisation : UV, IR, CCM
Discussion : se retrouve dans de nombreux complexes dans le corps humain
(chlorophylle avec Mg, hémoglobine avec Fe). Dilution pour favoriser cyclisation.
Conclusion : Ici on a vu la formation de un cycle mais on peut avoir besoin de former
des molécules polycycliques comme les stéroïdes (3 cycles à 6 et 1 cycle à 5 accolés)
phase stationnaire chirale ou apolaire en greffant des chaîne au support.
MO 32 : Analyse de mélange, séparation,
purification en chimie organique
Introduction :
Lors de la synthèse d'une molécule désirée, ou de l'extraction de molécules naturelles
présentes sous divers aspects, le chimiste organicien va avoir plusieurs outils pour d'une
part séparer et purifier lors des différentes étapes intermédiaires de synthèse mais
également de différentes techniques d'analyses de mélange lui permettant de s'assurer de
l'obtention de la molécule désirée.
I. Analyse de mélange
1) Par chromatographie en phase vapeur
Réduction du camphre par NaBH4
JD 17
Phase de manip : (lancement), injection CPV
Remarques : Diéthyléther à la place de DCM, doubler quantité pour extraction sinon
précipite (mieux de pas ajouter dans l’ampoule directement)
Discussion : Les composés se trouvent sous quel état physique? Au niveau de l'injecteur:
gaz. Au niveau de la colonne (gel visqueux : éq liq/gaz. Type de chromato : Partage.
Fonctionnement détecteur: ionisation de flamme ou catharomètre (voir poly Olivier
Perrault). Quel sont les porteurs de charge pour le détecteur à ionisation de flamme? Les
ions. Premier pic solvant. Qté injectée ? 3μL à 10g/L
On peut former le bornéol à partir de l'isobornéol grâce à Mitsunobu.
2) Par polarimétrie
Réduction du camphre par NaBH4
JD 17
Phase de manip : dilution, remplissage cuve, mesure polarimétrie
Remarques : attention aux bulles d'air dans la cuve. Prévoir plus de 10 mL de solution au
cas où.
Discussion : Quelle prop du pouvoir rotatoire permets de trouver les ratio ? Pouvoir
rotatoire spécifique. Autres analyses pour avoir les ratio ? HPLC avec utilisation de
colonne chirale
3) Par chromatographie sur couche mince
Analyse des pigment d'épinard
Daumarie p.159
Phase de manip : CCM
Remarques : Montrer avec différents éluants pour discuter de leurs influence.
Discussion : Choix de l'alumine neutre car acidité de la silice pour dégrader certains
pigments. Obtention de silice basique par ajout de Et3N à l'éluant. On peut obtenir une
II. Séparation et purification
1) Par chromatographie sur colonne
Séparation des pigment d'épinard
Daumarie p.159
Phase de manip : dépôt sur colonne et élution de l'anneau jaune
Remarques : Elution : EP/AE 90/10 pour anneau jaune et AE pour le reste
Discussion : quantité de coton importante car volume mort qui gène la séparation,
2) Par extraction liquide-liquide
Réaction de Cannizaro
Blanchard p.301
Phase de manip : extraction/lavage
Remarques : lors du lavage avec 30 ml d’éther diéthylique, il risque de se former un
vieux truc : solide/pate blanche dans l’ampoule (cela est probablement dû à une
modification des propriétés des solvants dû à une miscibilité partielle des 2 solvants
éther/eau).
Solution : rajouter de l’eau et secouer jusqu’à obtenir seulement 2 phases ou faire
l’extraction dans un erlenmeyer au préalable puis ajouter un surplus d’eau en fonction et
transvaser le tout dans l’ampoule à décanter.
Pour le lavage de la solution aqueuse avec HCl concentrée calculer au préalable un
volume environ à ajouter afin de montrer que l’on contrôle la manip. Utiliser également
un papier pH.
CCM de suivi de réaction, on peut arrêter le reflux au bout d'une heure. (éther de
pétrole/acétate d'éthyle 50/50)
Discussion: Dismutation des aldéhydes non énolisable. Nécessité d'une forte
concentration de base au début. Voir ICO p.591 (il y a aussi des applications de cette
réaction, ICO p.592)
3) Par recristallisation
Réaction de Cannizaro
Blanchard p.301
Phase de manip : recristallisation
Remarques : Parler de la recri. Garder les proportions du blanchard. Faire max une h de
reflux en chauffant bien fort. Recri longue, bien chauffer
Discussion: Deux choses à contrôler après recristallisation : la pureté et le rendement
Conclusion :
Ouvrir sur les autres techniques existantes : distillation, RMN, absorption atomique, SM,
HPLC, chromatographie ionique d’exclusion…
MO 33 : Création de liaisons simples C-C
IV. Réaction de couplage
Introduction :
La formation de liaisons C-C simples est très recherchée en chimie organique puisque
celle-ci repose essentiellement sur la chimie du carbone ! La synthèse de molécule
(nouvelles ou copies de molécules naturelles) nécessite de construire un squelette
carboné donc de créer des liaisons C-C. Exemple de squelette : les stéroïdes, ou squelette
en ligne droite avec pleins de centre stéréogènes. Problème : liaison C-C peu réactive et
non polaire.il va falloir user de stratégies nombreuses et variés pour y arriver !
I. Réactions ioniques
-2h-
Synthèse de l'oct-èn-3-ol
Grüber n°40
Phase de manip : (prélèvement de RMgX, ajout d'acroléine), extraction/lavage, indice de
réfraction
Remarques : On peut utiliser le magnésien commercial pour gagner du temps comme on
a 4 manip, doser par méthode du Fuxa p.49
Discussion : idée de base avoir un C+ et un C- mais en pratique difficile à avoir :
intérêt des organomagnésiens : principe d'umpolung, inversion de polarité.
Discussion contrôle de charge/contrôle orbitalaire (on peut avoir fait les calculs avec
Hulis en préparation)
Transtion : On a vu réaction ionique avec charges partielles sur les C. C’était le plus
intuitif. On peut créer des C-C par voie radicalaire aussi !
II. Réactions radicalaires
Synthèse du polystyrène
-2h30-
JD 41 + 11 (CCM)
Phases de manip : précipitation avec EtOH, essorage/lavage
Remarques : L’hydroquinone réagit avec l’AIBN par arrachement d’hydrogène
formant un radical très stabilisé par mésomérie et incapable de propager la chaine,
Faire IR.
Transition : Réaction longtemps restée sans mécanisme mais très utilisée mnt.
III. Réactions péricycliques
Réaction de Diels-Alder
Transition : Moyen plus récent... réaction de couplage.
-1h-
MOI
Grüber n°31
Phase de manip : lancement de la manip (changement de couleur), CCM
Remarques : si le produit est bon normalement pas de problème^^
Discussion : réaction péricyclique et ici plus spécifiquement de cycloadditon.
régiosélectivité, approche des réactifs.
Couplage de Heck
-2h30-
Fuxa p.107
Phase de manip : recristallisation, point de fusion
Remarques : Filtration à chaud sur entonnoir et erlen => on récupère Pd métallique,
soltution tjs violette + précipité (notre produit), filtrer sur fritté, lavage à EtOH glacé + à
l'eau (pour enlever les sels) => on obtient cristaux blancs. Voir Clayden pour avoir
mécanisme de formation de Pd (0). Reflux de 1h15 suffit.
Discussion : Attention préciser ici que la réaction est sans solvant. A vérifier : catalyse
homogène ou hétérogène ?
Conclusion :
Bilan des différentes réactions pour créer des C-C. PN 2010 : Heck, Neigishi, Suzuki,
contrôle de la stéréochimie de la liaison, on peut la maîtriser
MO34 : Réaction de formation de liaisons doubles C=C
Introduction :
Dans la chimie, quelle soit fine ou industrielle, la création de liaison C=C est
primordiale. Leur réactivite en fait des intermédiaires réactionnels très utilisés.
Importance de ces composés issus de la pétrochimie. Ces C=C sont également très
présentes dans la nature, à travers des stéroïdes comme le cholestérol ou des terpènes et
terpéoïdes, comme la carvone, le carotène ou le cis-rétinal.
On va voir au cours de ce montage quelques méthodes utilisées pour la création de telles
liaison en chimie organique.
I. Formation de C=C sans allongement de chaîne carbonée
Elimination décarboxylante
– 3h –
Daumarie concours p 153
Phases de manip : extraction/lavage, injection CPV
Remarques : Ajout de 15 mL d’eau après réaction butanone. CPV : Tinj=Tdet=180°C;
Tfour =130°C. Partir du produit commercial dibromé.
Discussion : étude de la stéréosélectivité de la réaction d'élimination en fonction du
solvant. Il faut connaître les proportions de Z et E par CPV pour pouvoir discuter.
Mécanisme de la réaction dans le Daumarie, se souvenir du mécanisme de dibromation
d'alcène. Les produits commerciaux ne sont pas purs, il y a toujours un mélange de cis et
de trans.
On déplace l’équilibre grâce à la formation de CO2
Butanone apolaire, donc E2 (pas de stabilisation possible du carbocation)
Eau polaire, donc E1 (stabilisation possible du carbocation)
Transtion : On a vu deux types d'élimination, on sait qu'il en existe une troisième, on va
voir un cas particulièrement intéressant qui permet l'allongement de la chaîne carbonée
avant l'élimination et donc la création de la C=C
II. Formation de C=C avec allongement de chaîne carbonée
1) Par aldolisation/crotonisation
Synthèse d'une chalcone
JD 90
Phase de manip : recristallisation, point de fusion
Remarques : penser à convertir masse en volume, vérifier pH des eaux de lavage pour
vérifier qu'on a bien enlevé la base.
Transition : on a utilisé les propriétés des C=O pour créer la C=C, les C=O permettent
aussi de créer les C=C d'une autre manière en passant par réaction de Wittig.
2) Par réaction de Wittig et apparentée
Réaction de Horner Wadsworth Emmons
Blanchard p.375
Phase de manip : lancement de la manip, filtration/lavage
Remarques : Utiliser tBuOK comme base, diviser les quantités par 2. pKa(α de P)
=27; pKa(tBuO-)=16, différents dans DMF. Wittig sous contrôle cinétique mais
produit thermo majoriataire.
Quantités :
1,8g de tBuOK dans 15mL de DMF
3mL de benzylphosphonate de diethyl
1,8mL de cinnaldehyde
Lavages filtration : l'eau sert à éliminer le DMF, une partie de la base mais sous forme de
tBuOH. (Comme on a un tBu le lavage à l'eau n'élimine pas toute la base et on a encore
un pH basique en sortie) et le dérivé phosphore. On libeèe une sorte de phosphonate
(intérêt de wittig horner par rapport a wittig tout court avec PPh3O). Le méthanol sert a
éliminer le reste de la base et le cinnamaldehyde polaire. Le produit a une solubilité
partielle dans chacun des solvant de lavage, se dépêcher quand on triture.
CCM dans toluene. Rouge = phosphonate et jaune=aldehyde
Discussion : Création d'une double liaison C=C à partir d'un carbonyle. Réaction de
Wittig et apparentée c'est trop cool pour la création des C=C. On obtient selectivement la
C=C de conguration (E)
Conclusion : Bilan : de nombreuses propriétés (A/B, Nucléophilie/Electrophilie,
Oxydoréduction). Utilisés dans l’industrie pour leurs propriétés oflactives, gustatives et
comme intermédiaires de synthèse. Nécessité de protection parfois.
MO 35 : Réactions de formation de liaisons simples C-N
et de liaisons doubles C=N
Introduction :
Composés azotés très fréquents à l’état naturel. Parler des alcaloïdes et de leurs
propriétés sur le corps humain. D’où utilisation de ce type de composé dans l’industrie
pharmaceutique. Dans l’industrie : synthèse de nylon.
On rencontre plus souvent les liaisons C-N simples que doubles C=N (plutôt des
intermédiaires de synthèse) mais évoquer le caractère de double liaison de la liaison C-N
des amides.
I. Formation de liaisons doubles C=N
1) Synthèse d'une oxime
Synthèse d'une oxime
Mesplede orga p79 + Blanchard p.365
Phase de manip : filtration, lavage, prise de température de fusion.
Remarques :
Discussion : Application ensuite avec transposition de Beckmann (synthèse industrielle
du nylon). Etre au courant sur les nucléophile α ICO
2) Synthèse d'une imine
Vers la synthèse de la benzoxazine
MOI
JCE 1985 p913
Phase de manip : lancement de la première étape, CCM
Remarques : Diminuer les quantités, attention au mécanisme
Discussion: molécule biologique intéressante.
Transition : Les liaisons doubles C=N sont comme on le disait en intro plutôt des
intermédiaires de synthèses => permettent parfois d'obtenir des liaisons simples C-N par
réduction. Suite de la manip I.2) qu'on a fait... Mais il existe aussi d'autres manières
d'obtenir une sinple liaison C-N
II. Formation de liaisons simples C-N
1) Formation d'un amide et d'une amine
Synthèse de la lidocaïne
-3hBayle T2 p.424
Phase de manip : extraction/lavages, précipitation ou montrer la recri
Remarques : Les lavages et les extractions peuvent laisser perplexe mais à la fin ça
marche. L’aniline est introduite dans l’acide acétique glacial, avec chlorure de
chloroacétyle et de l’acétate de sodium : on fait précipiter l’amide. On lave avec de l’eau
glacée et on sèche. L’amide est placée dans un ballon avec de la diéthylamine et du
toluène. On chauffe à reflux pendant une heure. Puis extractions :
- Eau
Pour enlever diethylamin hydrochloride et diethylamine en excès (la diethylamine sert
de nucléophile et de piège à HCl, d’où 3 équivalents)
- HCl 3M
L’amine est protonée donc passe en phase aqueuse.
- Eau
Pour commencer à neutraliser ?
On récupère les phases aqueuses et on les neutralisent dans de la soude. Le produit
précipite (redevient neutre) et peut être filtrer (laver avec de l’eau froide).
L’importance de la lidocaïne dans la chirurgie de l’oeil (pas chargé pour pouvoir
traverser la cornée, sous forme de chlorhydrate). Pharmacologie intégrée
Discussion :
2) Formation d'un dérivé nitré
Nitration du toluène
-2h30-
Blanchard p.135
Phase de manip : extraction et injection CPV
Remarques : CPV SE30 Tinj/det = 210°C Tfour = 120°C, ajout 1 mL toluène au lieux
de 10 gouttes. Méthode de l'étalon interne pas forcément nécessaire, vérifier dabord
les coeff de réponse en injection les isomères du nitrotoluène en proportion 3/2/1.
Conclusion :
Bilan, autres réactions de formation de telels liaisons : synhtèse d'indoles ( intérêt pour
les médicaments) et autres hétérocycles azotés.
ICO intérêt industriel avec des polymères (exemple du nylon ou de Kevlar),, stabilité de
la liaison C-N des peptides et la synthèse peptidique.
MO 36 : Synthèse de médicaments
Introduction : Vollhardt, Clayden
* Définition : On entend par médicament toute substance ou composition présentées
comme possédants des propriétés curatives ou préventives à l’égard des maladies
humaines ou animales ou pouvant leur être administré en vue d’établir un diagnostique
médical ou de restaurer, corriger ou modifier leurs fonctions organiques en exerçant une
action pharmacologique, immunologique ou métabolique.
* Un médicament est constitué d'un principe actif (chimie orga) et d'excipients
(formulation).Il en existe de trois types : préventif, curatif, symptomatique.
* Enjeu : santé publique, économique, stéréochimique, sélectif...
* Histoire : Pendant des millénaires la thérapeutique a reposé sur des bases strictement
empiriques. Elle se bornait à observer l’effet des produits naturels, végétaux pour la
plupart, sur le cours de maladie. Au XVI e siècle apparaît l’idée qu’il faut rechercher un
médicament pour chaque maladie. Au début du XIXe siècle, les chimistes isolent les
principes actifs (morphine, caféine, codaine…) Ensuite seulement viendra l’idée de
synthétiser des médicaments : le développement de la chimie coïncident avec la
révolution thérapeutique.
I. Synthèse de médicaments
1) Hémisynthèse
Synthèse de l'aspirine
-3hJFLM-Barbe p.153
Phase de manip : Recristallisation, test des phénols, CCM
Discussion : Vollhardt p 1023, historique JFLM. En plus l’aspirine est un puissant
inhibiteur de la cyclo-oxygénase. Le mécanisme moléculaire de l’aspirine est
l’acétylation du groupe alpha aminé du résidu sérine terminal de la cyclo-oxygénase,
ce qui aboutit à l’inhibition irreversible de l’enzyme Pharmacologie
Remarques :
2) Synthèse totale
Synthèse de la lidocaïne
-3hBayle T2 p.424
Phase de manip :extraction/lavage, précipitation, prise de température de fusion.
Discussion : But : synthèse de l’anesthesique local le plus utilisé dans le monde.
Remarques : Pour faire précipiter on va jusqu’à pH 10-12. Filtration (porosité 4). CCM
(DCM-acétone 9/1).
Les lavages et les extractions peuvent laisser perplexe mais à la fin ça marche. L’aniline
est introduite dans l’acide acétique glacial, avec chlorure de chloroacétyle et de l’acétate
de sodium : on fait précipiter l’amide. On lave avec de l’eau glacée et on sèche. L’amide
est placée dans un ballon avec de la diéthylamine et du toluène. On chauffe à reflux
pendant une heure. Puis extractions :
- Eau : Pour enlever diethylamine hydrochloride et diethylamine en excès (la
diethylamine sert de nucléophile et de piège à HCl, d’où 3 équivalents)
- HCl 3M : L’amine est protonée donc passe en phase aqueuse.
- Eau : Pour commencer à neutraliser ?
On récupère les phases aqueuses et on les neutralisent dans de la soude. Le produit
précipite (redevient neutre) et peut être filtrer (laver avec de l’eau froide). L’importance
de la lidocaïne dans la chirurgie de l’oeil (pas chargé pour pouvoir traverser la cornée,
sous forme de chlorhydrate). Pharmacologie intégrée
Transition : souvent l’action de substances médicamenteuses est due à un motif
particulier dans la molécule ; le chimiste organicien essaie donc de conserver ce motif
tout en ajoutant certains groupes fonctionnels apportant une amélioration ou une activité
supplémentaire.
II. Synthèse d'un précurseur de médicament
Synthèse d'une chalcone
-1h30JD 90/ Grüber n°21
Phase de manip : lancement, filtration, recristallisation
Remarques :
Discussion : Selon les substituants sur le cycles, différentes propriétés.
Conclusion :
Nécessité pureté. Pb avec les énantiomères (+)/(-) pas les mêmes effets, médicaments
peuvent être sous forme racémique que si on prouve que les 2 énantiomères ont le même
effet ou que l'un est inactif et que ensemble ils ont un bon effet + métaux à exclure mais
Gd ou cis Pt sont des anticancéreux.
MO37 : Optimisation des conditions opératoires pour une
réaction équilibrée
Introduction :
En chimie organique, on souhaite obtenir un produit pur avec le meilleur rendement
possible : un souci du chimiste est alors d’optimiser le rendement de chacune des étapes
de la synthèse élaborée. Pour les réactions équilibrées, sous contrôle thermodynamique,
on peut jouer sur les conditions expérimentales, comme T et P ce qu’on exclue. On va
donc chercher à adapter les conditions opératoires pour déplacer les équilibres par
d’autres moyens.
I. Cas de la réaction d'estérification
1) Introduction d'un réactif en excès
Synthèse de l'éthanoate d'éthyle
JFLM-Barbe p.81
Phase de manip : prélèvement, zéro burette et dosage
Remarques: Attention protocole modifié : On fait la manip avec 1 eq d'acide acétique :
on détermine la constante d'équilibre de la réaction d'estérification.
On fait la manip en parallèle avec 3 eq d'acide acétique tout autres paramètres constant
par ailleurs.
-A la fin, on dose l'acide restant. On a travaille à température constante et identique pour
les deux manips donc K(T) est identique. On peut calculer le rendement. On peut
montrer (en prenant la valeur de la constante d'équilibre de JFLM) que l'avancement à
l'équilibre pour le cas 1 eq d'acide acétique : nmax = 115 mmol (soit ρ = 67%) et dans le
cas 3 eq nmax = 155 mmol (soit ρ = 90%).
-On dose également l'acide sulfurique utilisé comme catalyseur.
-Pour le cas 3 eq d'acide acétique, réduire le volume du milieu réactionnel prélevé par 3
(éviter d'utiliser une soude plus concentré car risque de saponification de l'ester dans
cette méthode de dosage).
2) Elimination de l'eau produite au cours de la réaction
Synthèse de l'éthanoate de d'isoamyle
JFLM-Barbe p.86
Phase de manip : Dean Stark (récupérer les 2 phases et tester avec CuSO4 anhydre)
CCM.
Remarques: évaporer molo, CCM : AE/EP 20/80 révélation à KMnO4. Merck index
pour l’indice de réfraction. A faire avec et sans Dean Stark pour comparer? (pas
forcément nécessaire vu qu’on la déjà fait avant. Juste montrer qu’on a dépasser le
rendement théorique)
Etre conscient que l’eau récupéré contient aussi de l’acide acétique (on a un ternaire et
pas un binaire)
II. Cas des réactions de cétolisation
1) Utilisation d'un extracteur Soxhlet
Cétolisation de la propanone
-3hBlanchard p.282
Phase de manip : Montage Soxhlet, CCM, indice réfraction, CPV
Remarques : Pour la CCM on met un petit peu de DNPH (1 goutte dans 1 mL de
produit) car sinon c’est trop volatile et ça marche pas. Eluant : AE/EP 50/50. Merck
Index pour indice réfraction. Pas faire CPV car crotonisation dans la colonne
Faire IR et comparer au produit commercial.
A priori pas de crotonisation car pas de base dans le ballon. Baryte hydratée comme
catalyseur HO-, pka=14, acétone pk= 20, équilibre très peu déplacé d'où le Soxhlet.
Caractérisation : IR, CPV, indice réfraction, CCM (DNPH)
2) Utilisation de conditions
précipitation du produit final
expérimentales
Synthèse d'une chalcone
Phase de manip : CCM, Tfus, recri, filtration/lavage, lancement
Remarques : discussion sur les pKa, choix de la base.
Caractérisations : IR CCM Tfus
permettant
la
JD 90
Remarques : on peut changer dernière manip.
Synthèse de la tétraphénylpentadiénone
– 2h30 –
Blanchard p 288Grüber
Phase de manip : Tfus, UV, filtration/lavages
Remarques : Diviser les quantités par deux. A bien justifier dans ce montage !!
Caractérisation : IR, Tfus, UV
Conclusion : Autres façons de déplacer l’équilibre : P, T, distillation, … Avantages du
contrôle cinétique.