CS-MO

MO 1
Rôle du solvant en chimie organique
Biblio : ICO, Loupy, Chavanne
Introduction :
Définition du solvant : liquide qui permet, après ajouts des réactifs, d’obtenir une phase liquide
homogène. Pourquoi est-ce intéressant ? Utilité pour le transfert de matière et de chaleur
Complexité des effets du solvant, pas de classification universelle, mais selon l’expérience on
sélectionnera plutôt un paramètre qu’un autre.
Donner les propriétés des solvants et le lien avec leur rôle
Echelle thermodynamique :
- NA : mesure RMN 31P (bonne solvatation des anions)
- ND : mesure calorimétrique de la thermicité de la réaction avec le pentachlorure d’antimoine
dans un solvant de référence. (bonne solvatation des cations)
Echelle Dimroth Reichardt : solvatochromisme et le spectre UV de la bétaïne, dipolaire
particulièrement sensible à la polarité du solvant.
Transition : on commence avec une réaction un peu particulière où le solvant va jouer le rôle de
réactif
I.
Influence sur la réactivité
1. Vitesse de réaction
Blanchard p167, Solvolyse du chlorure de tertiobutyl, à T Lancement,
on 2h
Daumarie p72
constante, on change de solvant
reprend des points,
Acétone/eau : 70/30, 50/50, 30/70
conductimétrie
On va chercher à déterminer la valeur de k la constante cinétique afin de montrer le rôle du solvant sur
la réaction.
Définition (Loupy)
Il s’agit de réactions du solvant sur un substrat par une attaque nucléophile de celui-ci sur les réactifs
électrophiles. Les solvolyses peuvent être de type SN1 ou SN2 mais de toute façon la concentration en
solvant est très supérieure à la concentration en dérivé halogéné. Il y a donc dégénéresence de l’ordre.
C’est pourquoi les études cinétiques ne permettent pas de distinguer entre une SN1 ou une SN2.
On s’affranchit de la constante de cellule du conductimètre en l’étalonnant, mais on va faire des
différences, donc pas super nécessaire. On n’a pas besoin de la valeur de infini si on fait
Guggenheim
Manip : on prépare un mélange (eau/acétone/ chlorure de tertiobutyle), on montre le principe de
meseure et on exploite les résultats obtenus précédemment.
Exploitation
On suppose une loi en premier ordre en chlorure d’alkyle, se qui semble tout à fait raisonnable, et on
trace Gn=fonction(Gn+1), on obtient une pente de valeur k∆ t
Le solvant va influencer la stabilisation relative des composés et donc modifier la cinétique de la
réaction. Attention, le solvant peut aussi jouer le rôle de réactif
On a une constante de vitesse plus élevée lorsque la constante diélectrique du mélange de solvants est
plus élevée. (ε H20=78, ε acétone=20, dans le Blanchard on a la constante diélectriques relatives des
mélanges eau-actéone) Attention : on ne s’intéresse ici qu’à la constante diélectrique, pas au moment
dipolaire, qui pourrait jouer un rôle dans la séparation des charges.
2. Sélectivité de la réaction
JD67
Liquide
Régiosélectivité de la C et O alkylation
CPV, CCM, IR,
On fait la manip avec du bromure de
benzyle (violemment lacrymogène) dans du
DMSO et dans du trifluoroéthanol.
3h
hotte
O-alkylation
- Lavage de NaH
- Réaction
- Filtration
- Séchage
C-alkylation
- Lavage de NaH
- Réaction
- Extraction
- Evaporation
On souhaite montrer qu’il est possible de contrôler la régiosélectivité d’une réaction grâce au solvant.
Manip : On fait une CCM avec le naphtol et les bruts (pentane/éther), et on la laisse éluer. On montre la
plaque déjà réalisée (révélation : UV) et on constate que l’on a des produits différents. On confirme
avec le spectre IR, en constatant la disparition de la bande OH. Technique plus précise : on va sur la
CPV. On aurait pu voir en RMN aussi. On justifie l’ordre avec les températures de fusion car on n’a
pas les températures d’ébullition.
Explication
1. Rôle du solvant dans la CCM (éventuellement faire une plaque où l’éluant n’est pas le bon, d’ou
nécessaire de maitriser ses caractéristiques).
2. Les solvants polaires aprotiques solvatent spécifiquement les cations. En séquestrant les cations, de
tels solvants suppriment l’interaction anion-cation, qui stabilise les ions dans les solvants peu polaire.
On dit alors que les anions sont nus. (solvant caratérisé par un grand ND) le trifluoroéthanol est lui
caractérisé par un grand nombre NA (ie solvate bien les anions)
On peut tenter une recristallisation (methanol ou hexane)
Remarque : O-alkylation marche bien ; C-alkylation -> huile mais caractérisations marchent.
CPV met 18 min, donc on peut augmenter la pression. CCM marchent bien
II.
Traitement du brut réactionnel
1. Précipitation
Sur le produit de la O-alkylation
On introduit de l’eau glacée et une solution aqueuse saturée de chlorure de sodium. On filtre et on lave
avec de l’eau (on peut prendre de l’eau froide si on a peur de solubiliser une partie)
Explication
Le bromure de sodium et le DMSO se dissolvent dans l’eau (4mL/10mL), ce qui insolubilise le produit
de la O alkylation. Ici on essaye de garder les naphtolates, afin de pouvoir avoir une idée de la
régiosélectivité de la réaction.
2. Extraction
Sur le produit de la C-alkylation
On a une solution dans de l’éther et on ajoute de l’eau pour dissoudre le bromure de sodium. On sèche
alors avec une solution saturée de chlorure d’ammonium.
Explication
Loupy : Quand on effectue le partage d’une substance, on doit trouver un système de solvants pour
lequel le composé se dissout en proportion différente. On doit avoir une différence de densité des
phases et un coefficient de partage suffisant
3. Recristallisation
Purification d’un solide
JD n°90
solide
- mélange intime des
deux solides
- lavage
- recristallisation
Point de fusion,
IR, CCM (pas
top)
1h
-
Hotte
Explication
Deux choses à contrôler après recristallisation : la pureté et le rendement
Configuration E obtenue lors d’une aldolisation croisée crotonisation.
Intérêt de la réaction de crotonisation dans le monde industriel. Intérêt des chalcones (activité
pharmaceutique très variée)
Conclusion
Intérêt de la chimie sans solvant, réaction plus rapide et plus sélective, coût et pollution, éventuellement
effet de dilution.
Mais reste très important pour les polymères, car la température augmente beaucoup et pour la
formation de macrocyles.
MO 2
Réactions régiosélectives, réactions stéréosélectives
Biblio : Compendium
Introduction :
Une réaction peut mener à plusieurs produits, le chimiste classe les réactions selon leur aptitude à
former un produit préférentiellement.
- sélectivité : obtention de proportions différentes de la statistique
- régiosélectivité : formation ou rupture préférentielle d’une liaison par rapport à toutes les autres (on
obtient des isomères de constitution dont l’un au moins est majoritaire devant les autres)
- stéréosélectivité : un isomère de configuration est obtenu majoritairement devant les autres.
Le chimiste organicien a tout intérêt à maîtriser la sélectivité des réactions afin d’établir des stratégies
de synthèse menant au produit désiré.
I.
Réactions régiosélectives
1. Substitution électrophile aromatique
Blanchard
p.135
Vernin p.125
- réaction
Brut réactionnel
CPV
Ajout de 1ml au lieu de 10 - extraction 210°C et
gouttes de toluène
120 °C,
Faire CPV des trois produits
IR
dans propotions connues. On
montre qu’on peut se baser sur
les aires.
Nitration du toluène avec
HNO3 dans H2SO4 conc. On
obtient 60% d’ortho, 40% de
méta ; avec la méthode de
l’étalon interne
2h30
-
Hotte
Pour la CPV, on peut se passer de la méthode de l’étalon interne étant donner qu’ils sont de structures
proches et sont en plus des régioisomères.
Explication
Après lavage basique, phase aqueuse orange (produit issu de NO2, NO3; phase organique jaune à cause
des produits nitrés.
Régiosélectivité intéressante, avec les proportions statistiques (ortho/méta/para : 2/2/1) et les
proportions obtenues. On a un intermédiaire de Wheland plus stabilisé pour les formes ortho et para,
mais ortho est encombrée, donc on a plus de para. Pas de polysubstitution car NO2 est désactivant.
L’IR donne l’apparition de NO2
2. Oxydation d’une double liaison*
JD 21
liquide Epoxydation de la carvone
- Réaction avec
transfert de phase
- Extraction
IR, CPV (JD 21,
P=0,8 bar), indice de
réfraction, CCM
(pentane ether 70/30,
UV)
3h
++
Hotte
Explication
La régiosélectivité de l’époxydation, sur une double liaison plutôt électrophile (conjugaison avec C=O),
alors que l’autre est plutôt nucléophile (substituant donneurs), le mécanisme n’est pas connu mais on
peut dire qu’un peracide électrophile oxyde la chaîne latérale tandis qu’un réactif nucléophile réagit sur
la double liaison conjuguée.
Transition : On a vu un premier contrôle du chimiste sur la sélectivité d’une réaction. Deuxième
facette :
II.
Réactions stéréosélectives
1. Contrôle d’un centre chiral
JD n°17
solide
Réduction du camphre
- ajout progressif de NaBH4 à T
fixé
- hydrolyse
- suivi CPV
- extraction
IR, pouvoir
rotatoire, CPV
2h
-
Hotte
Explication
En IR, la C=O disparait et la OH apparaît (ici pas de CPV)
Rôle du solvant, choix de l’hydrure (par rapport à LiAlH4), face exo, face endo, encombrement et
angle de Burgi-Dunitz. La polarimétrie grâce à la loi de Biot permet de remonter aux concentrations de
bornéol et d’isobornéol. Amélioration de la sélectivité avec des hydrures plus emcombrés, L sélectride.
Eventuellement avoir un modèle moléculaire
2. Contrôle de la stéréochimie d’une double liaison
Blanchard p 375
Dupont-Durst p.
479
Prendre tBuOK,
diviser par 2 les
quantités
solide
Réaction de HörnerWadsworthEmmons
- ajout sur bain de
glace
- filtration
IR, Point de
fusion, CCM,
spectre UV-Vis,
CCM
(EdP/AcOEt :
90/10)
1h30
-
Hotte
Explication
L’IR permet de voir la disparition de C=O, on a la CH d’une double liaison (3010), on a la déformation
CH (1441) et de CC (E= 989)
Donner le mécanisme. L’avantage de la HWE par rapport à Wittig c’est que l’on forme un sel de
phosphore soluble dans l’eau (et non Ph3P=O). L’ylure est également plus réactif et peut attaquer des
cétones portant des groupements donneurs. On utilise du DMF car c’est un solvant polaire et qui
possède une grande constante diélectrique. Il renforce la base en séparant les ions. L’ajout de
phosphonate pour former un carbanion stabilisé par délocalisation. On a ensuite une coloration rouge
due au sel de phosphonate. Le lavage à l’eau permet d’éliminer les sels de phosphonates, la base en
excès et les traces de DMF, le lavage au méthanol permet d’éliminer les produits organiques polaires ie
de départ.
Importance dans la vision (cis rétinal)
Conclusion
Importance de contrôler le produit obtenu, exemple de la synthèse de médicaments énantiopurs.
MO 3
Dérivés carbonylés
Biblio : ICO, Tec et Doc, Loupy, Chavanne
Introduction :
Composés que l’on trouve à l’état naturel et qui possèdent cette double liaison. Ils permettent
également de former des intermédiaires de synthèse très réactifs, avec un carbone électrophile et un
proton en alpha acide. (faire le dessin du Tec et Doc au tableau). Ils interviennent en particulier dans
l’allongement de chaînes carbonées.
I.
Synthèse de dérivés carbonylés
1. Par oxydation d’un alcool
JD n°4 et 46
liquide
Octanal, oxydation
avec l’hypochlorite
de sodium
- dosage
- extraction
Dosage, IR,
indice de
réfraction, CPV
30 min + Hotte
+ 2h
Explication
Attention au mécanisme, dosage à l’eau de Javel à faire avant, penser à bien contôler le pH à 9,5 (pour
que BrO- soit soluble).
Dosage de l’eau de Javel : on dilue par 20 et on dose en retour. Nécessité du dosage : décomposition
2ClO- en O2 + Cl2. Degré chlorométrique : volume en litre de Cl2 (g) nécessaire pour fabriquer 1 litre
d’eau de Javel.
On utilise Br- car il permet d’obtenir des ions hypobromites qui réagissent dix fois plus vite sur le
TEMPO qu ClO-, attention à l’identification de l’espèce oxydante (cf Handbook pour valeurs)
Passage entre les phases organiques et aqueuses : ClO-(aq) oxyde Br-(aq) pour donner BrO- (aq). Le
BrO- passe en phase orga et oxyde le tempo qui a son tour oxyde l’alcool
Le lavage à l’acide et au KI permet de réduire le TEMPO et le faire passer en phase aqueuse (du radical
à l’hydroxyanime), après ce lavage la phase orga doit être jaune marron. En suite le thiosulfate permet
de faire passer I2 en phase aqueuse sous forme de IRemarques
Parler des autres méthodes d’oxydation des alcools, comme Swern
La bande à 3100 peut être due à l’énol
L’octanol est utilisé en pharmacie pour savoir si un composé passe dans les graisses (ie coefficient de
partage entre l’eau et l’octanol), l’octanal est utilisé en parfumerie
Transition : on s’intéresser la réactivité de la liaison C=O que l’on vient de former, avec une forme
mésomère qui indique l’électrophilie du carbone
II.
Réactivité des carbonyles
1. Electrophilie du carbone
JD n°17
solide
Réduction du camphre
- ajout progressif de NaBH4 à T
fixé
- hydrolyse
- suivi CPV
- extraction
IR, pouvoir
rotatoire, CPV
2h
-
Hotte
Explication
En IR, la C=O disparait et la OH apparaît (ici pas de CPV)
Rôle du solvant, choix de l’hydrure (par rapport à LiAlH4), face exo, face endo, encombrement et
angle de Burgi-Dunitz. La polarimétrie grâce à la loi de Biot permet de remonter aux concentrations de
bornéol et d’isobornéol. Amélioration de la sélectivité avec des hydrures plus encombrés, L sélectride.
Eventuellement avoir un modèle moléculaire
NB la même attaque est possible avec de nombreux nucléophiles (ex des organomagnésiens)
Transition : l’écriture de la forme mésomère de la base conjuguée met en avant une stabilisation par
mésomérie et donc une acidité du H en alpha
2. Acidité du H en alpha
JD n°90
solide
- mélange intime des
deux solides
- lavage
- recristallisation
Point de fusion,
IR, CCM (pas
top)
1h
-
Hotte
Explication
Configuration E obtenue lors d’une aldolisation croisée crotonisation. 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 : Etant donné la réactivité de la liaison C=O, on a souvent besoin de la protéger au cours
de synthèse
3. Protection de la fonction carbonyle *
Acétalisation
JD 63
liquide
-
Réaction
IR,CCM, indice
Filtration
de réfraction
Extraction
Distillation sous
pression réduite
2,5 h
+++
Hotte
L’acétalisation est la méthode la plus utilisée pour protéger les composés carbonylés de l’action des
bases et des nucléophiles. L’acétal diméthylique est le groupement protecteur usuel des aldéhydes.
Avec les cétones, moins réactives et plus sensibles à l’encombrement stérique, la formation d’un
dioxolane-1,3 avec l’éthyneglyco (éthane-1,2-diol) est généralement préférable.
Acetalisation JD 64 du glucose
Conclusion
Intérêt de la synthèse des carbonyles dans l’ICO
MO 4
Halogénation en chimie organique
Biblio : ICO, Tec et doc
Introduction :
Les halogènes font partie de la dernière colonne du tableau périodique, on les retrouve au degré
d’oxydation I. On les utilise souvent comme intermédiaires de synthèse ainsi que comme solvants (font
partie des solvants organiques a être plus dense que l’eau). On exclut de ce montage la manipulation de
F qui est trop dangereuse et celle de l’astate qui est radioactif et peu abondant
I.
Halogénation électrophile
1. Bromation en alpha d’un carbonyle
JD 75
Solide
Bromation avec Br3- Réaction
- Filtration
IR, Tf
1h
+
Hotte
Produit irritant
IR on a la C=O, et éventuellement s’ils posent la question la CBr
Explication
En milieu acide, l’énol est le nucléophile et attaque Br3-, mais une fois que l’on a effectué la
bromation, on ne trouve plus la forme énole car le brome pompe trop la densité électronique. On n’a
donc qu’une monobromation. Le réactif Br3- est chargé négativement, mais c’est un électrophile, il va
donc être plus sélectif que Br2 et ne va par réagir sur le cycle aromatique (sans doute à cause d’une
répulsion coulombienne entre électrons)
Attention si on attend trop le solide peut se redissoudre dans le milieu
Transition : application…
2. Test iodoforme
En milieu acide, on vient de voir que mono, et en milieu basique…
Blanchard
p293
Manip tubes à essai test Tf
iodoforme, caractéristique de
C=O
Ne pas diluer l’eau de Javel
30min,
solide
Manip : on mélange la solution de NaOCl et celle d’iodure, on voit apparaître un solide jaune. Sur un
tube déjà prêt, on filtre la suspension et on sèche le produit. La température de fusion est caractéristique
Explication
Mécanisme dans les livres de prépa 2e année (ex Tec et 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.
II.
Blanchard
p198
Halogénation nucléophile
liquide Substitution compétitive sur un CPV
3h
alcool de Cl ou de Br
liquide
(conditions Tinj=150,
- Réaction
Tfour=50),
droites
- Extraction
d’étalonnage avec les
produits commerciaux,
IR
CCM ?
Mettre un indicateur coloré dans les gardes de NaOH (5%) pour mettre en évidence les gaz piégés
(HCl, ou HBr). Ajouter un solvant organique lors des lavages
Explication : 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 !)
Transition : Les halogènes ont une très grande réactivité, on a même la possibilité de former des
radicaux
III.
Halogénation radicalaire
Fonctionnalisation d’une position benzylique par voie radicalaire
Blanchard
p163
solide
Bromation avec NBS
Bien prendre chloroforme !
Attention : (PhCOO)2 est explosif
Jamais à sec, entonnoir à solide
- Réaction
- Filtration
Tf, IR
2h30
Manip : filtration, ajout dans l’eau et forte agitation (on dissout le succinimide)
Explication
Mécanisme dans le livre, on déplace l’équilibre car les produits sont insolubles dans le milieu
réactionnel. La fonctionnalisation est intéressante, on peut continuer la synthèse en substituant le brome
par d’autres nucléophiles (JCE)
NB intérêt du solvant chloré
Conclusion
On a une grande réactivité, donc précieux en synthèse, mais à nuancer du fait de leur toxicité.
MO 5
Synthèse à l’aide de carbanions
Biblio : ICO
Introduction :
Définition : Les carbanions sont des composés qui possèdent une charge négative sur un atome de
carbone. Cette dernière est due à une déprotonation d’une liaison C-H ou à l’existence d’une liaison
fortement polarisée. On considèrera donc que les organomagnésiens comme des carbanion.
Le solvant utilisé devra donc être aprotique.
Ces réactions vont s’avérer être très utiles dans la quête des chimistes de créer des liaisons C-C pour
allonger les chaînes carbonées ou coupler des synthons entre eux.
I.
Organométalliques
JCE 1986 p 92
Non
purifié
Réactifs : quantité divisée par
10
Solvants :quantité divisée par
5
- montage pour RMgX
sous N2
- ajout goutte à goutte
1h
-
Hotte
Discussion conditions stricte de manipulation éviter la présence d’eau et de O2. Verrerie sèche, garde
ou atmosphère inerte. Condition solvant de stabilisation. Addition goutte à goutte Wurtz.
Fuxa p 49 ;
En plus : BUP
629
JCE
1986 p
92
liquide
En phase
liquide
- dosage sous N2
dosage
- extraction
Acroléine agent lacrymogène, CaCl2
remplacé par Na2SO4
Tenter une CCM Hexane acétate
d’éthyle pour dre la réaction est fini !
1h+1h
IR, indice
de
réfraction
-
1h30
Hotte
+ Hotte
On synthétise d’abord le magnésien, puis on le dose pour pouvoir mettre l’acroléine en défaut.
Manip : On lance la formation de l’organomagnésien. Si ça ne démarre pas, paume de la main, I2,
dibromoéthane, ajout de RX en excès (éviter de chauffer) toujours avoir un bain de glace à porter de
main.
Pour le lancement : (ICO) procédure par entraînement : la présence d’un halogénure très réactif (I2,
1,2-dibromoéthane) permet la conversion d’un halogénure très peu réactif. NB dépend de l’état de
surface
Explication :
IR : la C=O disparaît, la OH apparaît
Les précautions que l’on prend pour éviter le couplages de Wurst, expliquer l’addition 1,2 et 1,4 ici
expérimentalement que du 1,3. Parler des autres organométalliques que l’on peut utiliser : lithiens R-Li
et cuprates R2CuLi. Mentionner le PN 1912 de Grignard (témoignage de la grande utilité)
II.
Enolates
Utiliser l’acidité du H pour former un carbanion
JD n°90
solide
- mélange intime des
deux solides
- filtration
- recristallisation
Point de fusion,
IR, CCM (pas
top)
1h
-
Hotte
Explication
Deux choses à contrôler après recristallisation : la pureté et le rendement
Configuration E obtenue lors d’une aldolisation croisée crotonisation.
Mécanisme, acidité de H, on déplace l’équilibre grâce à la formation d’une liaison C=C conjuguée.
Configuration E obtenue lors d’une aldolisation croisée crotonisation. 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 : autre technique pour stabiliser un carbanion, la présence d’un hétéroatome (phosphore
ou soufre en alpha)
III.
Carbanion en alpha d’un hétéroatome
Utilisation d’un phosphore pour stabiliser une charge négative
Blanchard p
solide Réaction de HörnerIR, Point de
375
Wadsworth-Emmons
fusion, spectre
Dupont-Durst p.
- réaction
UV-Vis, CCM
479
- ajout sur bain de
(EdP/AcOEt :
Prendre tBuOK,
glace
90/10),
diviser par 2 les
- filtration
quantités
1h30
-
Hotte
L’IR permet de voir la disparition de C=O, on a la CH d’une double liaison (3010), on a la déformation
CH (1441) et de CC (E= 989)
Explication
Donner le mécanisme. Utilisation de la base forte pour déprotonner. L’avantage de la HWE par rapport
à Wittig c’est que l’on forme un sel de phosphore soluble dans l’eau (et non Ph3P=O). L’ylure est
également plus réactif et peut attaquer des cétones portant des groupements donneurs. On utilise du
DMF car c’est un solvant polaire et qui possède une grande constante diélectrique. Il renforce la base
en séparant les ions. L’ajout de phosphonate pour former un carbanion stabilisé par délocalisation. On a
ensuite une coloration rouge due au sel de phosphonate. Le lavage à l’eau permet d’éliminer les sels de
phosphonates, la base en excès et les traces de DMF, le lavage au méthanol permet d’éliminer les
produits organiques polaires ie de départ.
importance dans la vision (cis rétinal)
Conclusion
Des intermédiaires de synthèse primordiaux pour créer des liaisons C-C/ On peut même en créer un
grand nombre à la suite, ex de la polymérisation anionique (ex du polystyrène).
MO 6
Oxydation en chimie organique
Biblio : ICO, Clayden 36
Introduction :
Définition : définition du do en inorga pas très pratique enchimie organique (exemple des
diastéréoisomères du butène. On se propose donc de définir l’oxydation en chimie organique comme
l’ajout d’un hétéroatome plus électronégative (tel l’oxygène) ou la perte d’un hydrogène.
De grands enjeux dans le traitement des fonctions, on a besoin d’une grande sélectivité et d’un grand
contrôle de la réaction d’oxydation.
NB ici c’est le produit organique d’intérêt qui subira l’oxydation, son partenaire de réaction lui sera
naturellement réduit
I.
Elimination d’un hydrogène
1. Oxydation d’un alcool
JD n°4 et 46
liquide
Octanal, oxydation
avec l’hypochlorite
de sodium
- dosage
- extraction
Dosage, IR,
indice de
réfraction, CPV
30 min + Hotte
+ 2h
Explication
Attention au mécanisme, dosage à l’eau de Javel à faire avant, penser à bien contôler le pH à 9,5 (pour
que BrO- soit soluble).
Dosage de l’eau de Javel : on dilue par 20 et on dose en retour. Nécessité du dosage : décomposition
2ClO- en O2 + Cl2. Degré chlorométrique : volume en litre de Cl2 (g) nécessaire pour fabriquer 1 litre
d’eau de Javel.
On utilise Br- car il permet d’obtenir des ions hypobromites qui réagissent dix fois plus vite sur le
TEMPO qu ClO-, attention à l’identification de l’espèce oxydante (cf Handbook pour valeurs)
Passage entre les phases organiques et aqueuses : ClO-(aq) oxyde Br-(aq) pour donner BrO- (aq). Le
BrO- passe en phase orga et oxyde le tempo qui a son tour oxyde l’alcool
Le lavage à l’acide et au KI permet de réduire le TEMPO et le faire passer en phase aqueuse (du radical
à l’hydroxyanime), après ce lavage la phase orga doit être jaune marron. En suite le thiosulfate permet
de faire passer I2 en phase aqueuse sous forme de IRemarques
Parler des autres méthodes d’oxydation des alcools, comme Swern
La bande à 3100 peut être due à l’énol
L’octanol est utilisé en pharmacie pour savoir si un composé passe dans les graisses (ie coefficient de
partage entre l’eau et l’octanol), l’octanal est utilisé en parfumerie
2. Couplage oxydant d’un naphtol
JD 86
solide
Couplage du binaphtal par FeCl3
- réaction
- filtration
- recristallisation dans le
toluène
Point de
fusion, IR
2, 75
h
++
Hotte
Explication ICO
On filtre à chaud car le naphtol est soluble à froid, on lave à l’eau chaude pour éliminer le naphtol et le
reste de fer (sel). Le lavage à l’éthanol glacé servirait à éliminer le produit de suroxydation (oxydation
du naphtol possible). Mécanisme d’oxydation par transfert d’électron dans le JD.
Papier iodo-amidonné (pas de ref) on a du KI en présence d’amidon, on oxyde I- en I2, I2 + amidon
donne un coloration bleue en présence d’un oxydant
Méthode pour séparer les deux atropoisomères dans le JD
II.
JD 21
Ajout d’un oxygène
liquide Epoxydation de la carvone IR, CPV (JD 21,
- Réaction avec
P=0,8 bar), indice de
transfert de phase
réfraction, CCM
- Extraction
3h
++
Hotte
Explication
La régiosélectivité de l’époxydation, sur une double liaison plutôt électrophile (conjugaison avec C=O),
alors que l’autre est plutôt nucléophile (substituant donneurs), le mécanisme n’est pas connu mais on
peut dire qu’un peracide électrophile oxyde la chaîne latérale tandis qu’un réactif nucléophile réagit sur
la double liaison conjuguée.
Sur l’IR on a la disparition de la C=C conjuguée et le déplacement de la C=O car elle n’est plus
conjugué
Autres façons d’oxyder aussi les doubles liaisons : KMnO4 et I2 c’est ce qu’on utilise en CCM pour
révéler !
Conclusion
Un grand nombre d’autres réactions (ozonolyse) permet une interconversion de fonction très
intéressante pour le chimiste organicien. Une classe de réaction que le corps a appris à maîtriser
(contrer les effets du stress oxydant, exemple anecdotique : un enzyme du foie qui oxyde l’éthanol).
Manips en plus : Beckman JD48, tube à essai KMnO4 et cylcohexene, hydroxylation catalysée par Ru
Fuxa p96
MO 07
Réduction en chimie organique
Biblio : ICO, Clayden
Introduction :
Définition en organique, on l’utilise en synthèse pour réaliser une interconversion de fonctions
I.
Réduction d’un alcène
liquide
IR, CCM,
2h
+ Hotte
indice de
réfraction, CPV
1ml d’alcyne, 0,8mL de quinoléine, 100mg de catalyseur de Lindlar et 50 mL d’éther de pétrole.
BUP à
paraître
- filtration sur célite
- extraction
Manip : On montre la filtration, le lavage avec une solution d’HCl 1M pour enlever la quinoléine, avec
solution de NaCl saturée (pressechage)
On a les produits Z et E commerciaux, qu’il faut piquer en CPV (Se30, 210 130, 1bar). Calcul du
nombre de mole de H2 ayant réagit en suivant l’évolution de la pression.
Explication
Parler de l’obtention de l’autre diastéréoisomère par réduction avec métal dissous dans NH3. Insister
sur l’intérêt de la stéréochimie (Clayden, le cis-rétinal et son rôle dans la vision).
Transiton : les hydrogénations catalytiques permettent, dans des conditions plus dures de réduire des
C=O. On va préférer des méthodes plus sélectives de la fonction oxydée.
II.
JD n°17
Réduction d’un groupement carbonyle
solide
Réduction du camphre
- ajout progressif de NaBH4 à T
fixé
- hydrolyse
- suivi CPV
- extraction
IR, pouvoir
rotatoire, CPV
2h
-
Hotte
Explication
En IR, la C=O disparait et la OH apparaît (ici pas de CPV)
Rôle du solvant, choix de l’hydrure (par rapport à LiAlH4), face exo, face endo, encombrement et
angle de Burgi-Dunitz. La polarimétrie grâce à la loi de Biot permet de remonter aux concentrations de
bornéol et d’isobornéol. Amélioration de la sélectivité avec des hydrures plus encombrés, L sélectride.
Eventuellement avoir un modèle moléculaire
III.
JCE 1975
p. 668
Réduction d’un groupe nitro
Réduction
d’un
groupe
nitro
solide
Réaction
Point de
Filtration
fusion, IR
Extraction,
recristallisation
3h
+
hotte
Faire une extraction à l’éther pour séparer produit et sels d’étain.
Chimiosélectivité (on touche pas au carbonyle)
On remplace la recristallisation : on obtient un solide pâteux après le traitement à la soude. On met 50
mL d’éther on agite pendant 10 min. Le produit passe dans l’éther. On filtre sur papier filtre, on
évapore le solvant et le produit cristallise dans le rotavap.
Conclusion : chimie/industrie
Régiosélective/chimiosélective
Beaucoup plus difficile de contrôler oxydation.
Manip de secours : organomagnésien, Zn JD 33, WHE
MO08
Extraction et synthèse de molécules odorantes
Introduction :
Propriété des molécules odorantes : volatiles (faible point d’ébullition), solubles dans l’eau et en
solvant organique (franchir les membranes lipidiques)
Familles caractéristiques : ester, dérivé carbonylés, terpène, soufre (dans le gaz), amine (cadaverine,
putrécine)
Problématique : est-ce qu’il faut extraire ou synthétiser le composé d’intérêt?
Remarque : découper petites bandelettes dans papier filtre et plonger dans solution éthanolique des
produits pour les faire sentir.
I.
Extraction
1. Directe
BUP
695 avec
le bon
pouvoir
rotatoire
!!!
liquide
Extraction directe du limonène
- 3 oranges
- On broie
- Dans pentane
- Décantation
- Evaporation
IR, indice de
réfraction,
pouvoir
rotatoire, CCM,
CPV
2h30
+ Pas de
hotte
La CCM montre plein de produits secondaires… Ne pas faire sentir après une CCM moche !
Transition : Extraction directe marche pas très bien, on a souvent recours à la distillation.
2. Par distillation
Chimie des
odeurs et des
couleurs p
207,
BUP 695
liquide
hydrodisillation
extraction
IR, indice de
réfraction,
pouvoir
rotatoire
2h30
+ Pas de
hotte
Pour l’orange hydrodistillation, pour le citron (si autorisé) entraînement à la vapeur
Manip : On prend un indice de réfraction que l’on compare au produit commercial pour déterminer la
pureté du produit. On peut aussi comparer les spectres IR. On prépare les solutions pour la
polarimétrie, ce qui nous permet de distinguer la quantité de + et – limonène grâce à la loi de Biot
Transition : Mais bon faudrait beaucoup d’oranges à chaque fois ! pas viable pour un production
mondiale. D’où la synthèse
II.
Synthèse
1. Application à la parfurmerie
JD n°4 et 46
liquide
Octanal, oxydation
avec l’hypochlorite
de sodium
- dosage
- extraction
Dosage, IR,
indice de
réfraction, CPV
30 min + Hotte
+ 2h
Explication
Attention au mécanisme, dosage à l’eau de Javel à faire avant, penser à bien contôler le pH à 9,5 (pour
que BrO- soit soluble).
Dosage de l’eau de Javel : on dilue par 20 et on dose en retour. Nécessité du dosage : décomposition
2ClO- en O2 + Cl2. Degré chlorométrique : volume en litre de Cl2 (g) nécessaire pour fabriquer 1 litre
d’eau de Javel.
On utilise Br- car il permet d’obtenir des ions hypobromites qui réagissent dix fois plus vite sur le
TEMPO qu ClO-, attention à l’identification de l’espèce oxydante (cf Handbook pour valeurs)
Passage entre les phases organiques et aqueuses : ClO-(aq) oxyde Br-(aq) pour donner BrO- (aq). Le
BrO- passe en phase orga et oxyde le tempo qui a son tour oxyde l’alcool
Le lavage à l’acide et au KI permet de réduire le TEMPO et le faire passer en phase aqueuse (du radical
à l’hydroxyanime), après ce lavage la phase orga doit être jaune marron. En suite le thiosulfate permet
de faire passer I2 en phase aqueuse sous forme de IRemarques
Parler des autres méthodes d’oxydation des alcools, comme Swern
La bande à 3100 peut être due à l’énol
L’octanol est utilisé en pharmacie pour savoir si un composé passe dans les graisses (ie coefficient de
partage entre l’eau et l’octanol), l’octanal est utilisé en parfumerie
2. Application à l’agroalimentaire
JCE 1986 p 92
Non
purifié
Réactifs : quantité divisée par
10
Solvants :quantité divisée par
5
- montage pour RMgX
sous N2
- ajout goutte à goutte
1h
-
Hotte
Discussion conditions stricte de manipulation éviter la présence d’eau et de O2. Verrerie sèche, garde
ou atmosphère inerte. Condition solvant de stabilisation. Addition goutte à goutte Wurtz.
Fuxa p 49 ;
En plus : BUP
629
JCE
1986 p
92
liquide
En phase
liquide
- dosage sous N2
dosage
- extraction
Acroléine agent lacrymogène, CaCl2
remplacé par Na2SO4
Tenter une CCM Hexane acétate
d’éthyle pour dre la réaction est fini !
1h+1h
IR, indice
de
réfraction
-
1h30
Hotte
+ Hotte
On synthétise d’abord le magnésien, puis on le dose pour pouvoir mettre l’acroléine en défaut.
Manip : On lance la formation de l’organomagnésien. Si ça ne démarre pas, paume de la main, I2,
dibromoéthane, ajout de RX en excès (éviter de chauffer) toujours avoir un bain de glace à porter de
main.
Pour le lancement : (ICO) procédure par entraînement : la présence d’un halogénure très réactif (I2,
1,2-dibromoéthane) permet la conversion d’un halogénure très peu réactif. NB dépend de l’état de
surface
Explication :
IR : la C=O disparaît, la OH apparaît
Les précautions que l’on prend pour éviter le couplages de Wurst, expliquer l’addition 1,2 et 1,4 ici
expérimentalement que du 1,3. Parler des autres organométalliques que l’on peut utiliser : lithiens R-Li
et cuprates R2CuLi. Mentionner le PN 1912 de Grignard (témoignage de la grande utilité)
Conclusion ; vaniline synthèse donne un produit peu onéreux, mais l’extraction est moins rentable.
PLAN
Introduction :
Propriété des molécules odorantes : volatiles (faible point d’ébullition), solubles dans l’eau et en
solvant organique (franchir les membranes lipidiques)
Familles caractéristiques : ester, dérivé carbonylés, terpène, soufre (dans le gaz), amine (cadaverine,
putrécine)
Problématique : est-ce qu’il faut extraire ou synthétiser le composé d’intérêt?
I-
II-
Extraction
a. Directe
b. Par distillation
Extraction à froid, entraînement à la vapeur, hydrodistillation, extraction à reflux
Effet de T (augmente solubilité, réduit temps d’extraction, peut décomposer la molécule)
Synthèse
a. Octanal
b. Matsutake
conclusion : vaniline synthèse donne un produit peu onéreux, mais l’extraction est moins rentable.
MANIP
Extraction
directe par le
pentane
Extaction par
distillation du
limonène
Octanal
Matsutake
BUP 695 p 796
Macération
CCM, filtation
1h
(extraction à
sur Büchner,
froid) puis
lavage
extraction des
molécules
odorantes,
limonène,
Mise en évidence des défauts de l’extraction
Blanchard p207 Hydrodistillation CCM
3h30
BUP 695 p796
et entraînement
polarométrie,
distillation
Comparaison de l’hydrodistillation et de l’entraînement à la vapeur
JD46
CPV, IR,
2h00
lavages
JCE 86 p92
Formation d’un Lancement,
2h30
magnésien et
dosage possible
réaction sur
l’acroléine
TP Bordas n°33
Synthèse de
l’acétate de
benzyle dans
deux conditions
différentes
Odeur de Jasmin JCE 1991, p515
par élimination
Lancement de la
réaction, indice
de réfraction
décarboxylante
du bromostyrène
Extraction de
l’eugénol
BUP 695
Chimie dans la
maison p216
Chavane p227
Entrainement à
la vapeur,
l’eugénol en
phase aqueuse,
l’acétyleugénol
(lavage phase
orga)
L’extraction à la vapeur est trop long, pas de produit
EN PLUS
En plus extraction puis synthèse de la lavande
Ester odorants au micro-ondes : banane, poire
produits naturels sont des mélanges, pas forcément génial d’en avoir qu’un seul
faire sentir sur des bandelettes imbibées de solutions alcooliques des produits
autres plans :
I-
extraction d’une molécule odorantes
1) Extraction au pentane de l’huile essentielle d’orange
2) Extraction du limonène par hydrodistillation
IISynthèse de molécules odorantes
1) Synthèse de l’acétate de benzyle dans deux conditions différentes
2) Synthèse de la coumarine (n’a pas marché)
Ou encore
III-
Extraction de molécules naturelles (limonène)
Synthèse de molécules naturelles
i. Obtention d’une coumarine
ii. Ester de poire (chimie de la maison)
IIISynthèse de molécules non naturelle
i. Synthèse de l’isovalérate de 2-phényléthyle
Lecture sur la chimie du micro-ondes : méthode et techniques de la chimie organique, Astruc
MO 09
Réactions photochimiques
Voir plan de Stéphanie
MO 10
Réactions radicalaires en chimie organique
Introduction :
.
I.
Production de radicaux par voie photochimique
Blanchard
p. 101
solide
Effet Karasch
- Réaction
- Extraction
IR, CPV (160,
50)
1h
++
Hotte
Tirer un peu sous vide à la fin pour faire passer tous les gaz.
Par rapport au blanchard, mettre deux fioles de suite de soude avec indicateur coloré (cf Skoog)
II.
Production de radicaux par voie thermique
JD 11 ; JD
41
solide
-
Réaction
Extraction
Filtration
CCM, IR
2h
++
Hotte
Manip : On verse dans l’éthanol et on constate une précipitation, on filtre et on réalise une CCM.
Explication
Donner le mécanisme radicalaire. On a fait une droite d’étalonnage avec des polymère de masses
molaires connues et on remonte ainsi à la masse molaire du notre, Calcul du rendement.
Eventuellement parler de la viscosimétrie pour caractériser un polymère.
III.
JD 86
Production de radicaux par voie chimique
solide
Couplage du binaphtol par FeCl3
- réaction
- filtration
- recristallisation dans le
toluène
Point de
fusion, IR
2, 75
h
++
Hotte
Explication ICO
On filtre à chaud car le naphtol est soluble à froid, on lave à l’eau chaude pour éliminer le naphtol et le
reste de fer (sel). Le lavage à l’éthanol glacé servirait à éliminer le produit de suroxydation (oxydation
du naphtol possible). Mécanisme d’oxydation par transfert d’électron dans le JD.
Papier iodo-amidonné (pas de ref) on a du KI en présence d’amidon, on oxyde I- en I2, I2 + amidon
donne un coloration bleue en présence d’un oxydant
Méthode pour séparer les deux atropoisomères dans le JD
Conclusion :
Blanchard p. 99
Isomérisation de l’acide maléique
Br2 initié par UV,
Pas de caractérisation
MO 11
Réactions de transposition
Biblio : March, ICO, Clayden, Chaquin
Introduction :
Une réaction dans laquelle l’ordre séquentiel des atomes d’une molécule a été modifié. (March)
2 types de transposition :
- transposition provoquée par l’existence sur un atome d’un excès ou d’un défaut d’électrons : une
transposition dite polaire. On aura alors migration intramoléculaire d’un atome ou groupe d’atome.
Dans ce montage, on se limitera aux transposition avec défaut d’électrons, car c’est la plus fréquente.
- transposition passant par un mécanisme concerté : transpositions sigmatropiques, qui peuvent se
passer en l’absence de polarisation.
Intérêt : il peut s’agir de réactions intéressantes qui permettent d’effectuer de façon élégante un grand
nombre de changements dans la molécule. Elles peuvent toutefois également être à l’origine de réaction
parasite. Il faut donc les étudier pour mieux les contrôler.
I.
Transposition avec un mécanisme polaire
1. Avec un défaut d’électrons sur un carbone
Chimie
liquide Transposition pinacolique
IR, indice de réfraction,
tout p57,
- Réaction
(mod
op test iodoforme, Test à la
Blanchar
chimie
tout
avec 2,4 DNPH et Tf,
d p200
hydrodistillation)
- Décantation
1h30 bien
calorifuger,
pas
chauffer
trop fort au
début ?
On peut diviser les quantités par 5.
Explication :
On a une transposition 1,2, avec un moteur qui est la formation d’un carbocation le plus stable, tout
comme lors de la transposition de Wagner-Meerwein. Eventuellement mécanisme au dos d’une feuille.
L’IR montre l’apparition d’une bande C=O
Transition : on a vu la transposition sur un atome de carbone grâce à la présence d’un carbocation.
Sur un hétéroatome plus électronégatif, tel que l’azote, ce n’est pas aussi facile de créer une charge
positive, on a donc recours à un subterfuge, on forme un bon groupement partant.
2. Avec un défaut d’électrons sur un hétéroatome
JD 48
solide
Transposition de beckman :
oxime et on chauffe en
présence d’acide sulfurique
- Réaction
- Extraction
- Evaporation
- Recristallisation
Point de
3h
fusion, IR,
CCM ??
++
Hotte
Prévoir un bain de glace, IR dur à caractériser, car les C=O et C=N sortent au même endroit, la recri
peut être longue
Explication : on a pu formé un bon groupe partant, il part lors de la migration. Force motrice : départ
d’un groupement sulfonate La neutralisation avec NH3 (pas NaOH pour ne pas ouvrir la caprolactame).
On forme du sulfate d’ammonium, et précipite. On re-dissout avec une quantité minimale d’eau (car
produit soluble dans l’eau, on se met à la limite de saturation pour pouvoir quand même passer dans
l’ampoule à décanter). Recristallisation : à deux solvants (ether et pentane)
Importance de la transposition de Beckman pour la synthèse du nylon, mentionner la transposition de
Hofmann, défaut d’électrons sur un oxygène Bayer-Villiger
II.
JD50
Transposition avec un mécanisme concerté
solide
Transposition diaza-cope (formation IR, Tf
d’un hétérocycle azoté)
- Réaction
- Filtration
(pas besoin de recri),
2h30
Définition d’une réaction sigmatropique : réaction au cours de laquelle on a migration intramoléculaire
d’une liaison sigma allylique. Ce sont des réactions concertées et péricycliques dans lesquelles le bilan
des liaisons est nul. (Chaquin, ICO)
Explication : force motrice de la réaction bilan de liaison, aromaticité. Il s’agit d’une transposition 3,3.
Intérêt : on obtient des composés de la famille de l’indol (colorant comme l’indigo)
Acide acétique : un solvant aqueux dans lequel le produit est un peu près soluble
Autre transposition similaire : la claisen
Lavage à l’acide acétique glacial (qui est le solvant de la réaction…), à l’eau jusqu’à disparition de
l’acide, à l’éthanol. Le produit n’est pas soluble dans l’acide acétique !!!! Mais à quoi sert le lavage à
l’éthanol alors ?
Conclusion
Il existe aussi des transpositions radicalaires, que l’on retrouve par exemple lorsqu’une transposition
sigmatropique n’est pas permise thermiquement. La voie photochimique fait intervenir des radicaux.
Manip de secours : transpo de Claisen
MO 12
Réactions acido-catalysées en chimie organique
Biblio : Scacchi, Clayden (définition spécifique/généralisée)
Introduction :
Une réaction acido-catalysée fait intervenir un proton et sa lacune électronique. On définit un
catalyseur (Scacchi) avec le diagramme et le fait qu’il accélère la réaction sans intervenir dans le bilan
global.
I.
Caractéristiques d’une réaction acido-catalysée
1. Augmentation de la vitesse de réaction
Montrer l’influence sur la vitesse de réaction d’un catalyseur en dosant le réactif restant
Blanchard p.
187
Produit Estérification en
non
présence et en absence
isolé
de catalyseur H2SO4.
- réaction
- trempe, dosage
acido-basique
IR,
Dosage
2h30
+
Hotte
Prendre une soude plus concentrée pour avoir Veq plus raisonnable. Au moment de la trempe deux
phases apparaissent, on prélève tout de suite dans la phase orga pour avoir un IR de l’ester. On agite et
on chauffe légèrement, ce que fait disparaître les deux phases. On peut alors doser.
Manip : On dose par colorimétrie (BBT) ou par pHmétrie, l’acide restant par de la soude (attention en
même temps on dose H2SO4 !) On peut alors remonter au rendement.
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. Type de catalyse : spécifique/ généralisée
Étudier l’équilibre entre l’alpha glucose et le beta glucose
Brenon Audat,
p.163
Blanchard
p.259
- préparation des solutions de
glucose, de différentes
concentrations en acide
- étude de l’influence de la
concentration d’acide sur la
cinétique
Suivi
polarimétrique
2h
-
Pas de
hotte
Manip : on prépare la solution de glucose en présence du tampon H3PO4/H2PO4-. On suit le début de
l’évolution par polarimétrie.
Explication : 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). Pente qui sont différentes indiquent que l’on a une catalyse génaralisée.
internet (aussi dans le 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
tampons, 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.
Transition : on a vu jusqu’à présent des catalyses par des acides de Brönsted, on va voir un exemple
de catalyse par un acide de Lewis.
II.
JD 38
Application en synthèse
Liquide
-
Réaction
Hydrolyse
Extraction
Evaporation
CPV, indice de
réfraction,
CCM, IR
3h
++
Hotte
* Mode opératoire
Attention les sels d’étain alourdissent la phase aqueuse ! qui se retrouvent en dessous du DCM.
Possibilité de séparer endo/exo avec colonne et fractions de 10 mL
Rajouter deux fioles de gardes contenant de la 2,4-DNPH après le rota !!!!!!! Piège à methyl vinyl
cétone !! En sortie de pompe
* Discussion
On obtient 4 racémiques que l’on voit en CPV, discussion sur la régiosélectivité.
Conclusion
Catalyse enzymatique et catalyse enzymatique, les nouveaux défis.
Manip de secours : Friedel-Crafts
Important : le catalyseur 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.
JD55 + JD 92
Acylation de Friedel et Crafts
Lancement,
extraction, 2h30
lavage, indice de réfraction, -3h00
CCM
A cause du chlorure d’acyle : on lave la verrerie avec de la soude à 5%
Manip : ajout de l’anisole pour voir HCl buller dans le piège (bien mettre en plus une fiole de garde, on
aura une chute de pression lorsque l’on refroidit), puis extraction, lavages et indice de réfraction
Explication :
Lors de l’ajout de l’anisole la solution devient rouge, quand on hydrolyse la couleur disparaît (elle est
due à l’adduit de Lewis).
intérêt pour avoir une monoalkylation (on réduit avec Clemmensen par exemple)
Pour la CCM on doit casser l’adduit avant de le spotter, avec NH4Cl, sinon on n’a pas le bon Rf
(pentane/ether 90/10), bien marquer les spots, car les produits s’évaporent
L’hydrolyse est très exothermique, on doit avoir un bain de glace, on hydrolyse en milieu acide pour ne
pas former Al(OH)3.
Pour les lavages :
- 2*10 mL d’eau : on enlève Al3+, Cl- et H+ et un peu de l’acide, la phase orga contient le
produit et un peu d’acide
- NaOH (pH basique) l’acide passe en solution aqueuse.
- H2O on enlève les traces de Na+, car après on lave avec une solution saturée et on pourrait
donc avoir un précipité.
MO 13
Réactions d’élimination en chimie organique
Biblio : ICO, Clayden, Loupy, Chavanne
Introduction :
Expulsion d’un au plusieurs groupes d’atomes, qui peuvent conduire à des insaturations ou à des
cycles.
- élimination α : les 2 substituants sont sur le même carbone,
- élimination β : les substituants sont sur des carbones adjacents, trois mécanismes limites
- élimination de substituants en bout de chaînes
Réaction en compétition avec substitution nucléophile, à savoir contrôler
I.
Caractérisations des réactions d’éliminations
1. Régiosélectivité
Blanchard
liquide Déshydratation du méthyl-2CPV sur SE30:
193,
cyclohexanol
injecteur 150°C,
Mesplède
- Réaction-distillation
four 70°C IR,
(100 manip
- Extraction
CCM (condition)
de chimie
organique)
p. 75
On utilise plutôt H3PO4 (une action desséchante plus prononcée)
3h
+++
Hotte
Manip : lavage (soude pour neutraliser vérifier les eaux mères, puis eau pour enlever la soude),
injection en CPV (piquer les produits commerciaux) On n’a pas vraiment besoin d’un étalon interne car
on a la même masse.
Explication
La régiosélectivité grâce à la règle de Zaitsev
Intérêt : un bon intermédiaire réactionnel on peut ensuite lui faire subir une suite de réactions,
hydratation pour former l’autre alcool plus stable ou une ozonolyse réductrice pour obtenir un
aldéhyde.
Transition : ici la stéréosélectivité est imposée par le cycle mais souvent on peut obtenir 2
stéréoisomères Z et E.
2. Stéréosélectivité
Rôle du solvant lors de l’élimination de Br2. Elimination décarboxylative
Daumarie
liquide On regarde le rôle du solvant dans
concours
l’élimination
de
Br2
du
beta
p153
avec
bromostyrène. E1 ou E2 selon que l’on
ref donnée :
utilise l’eau ou la butanone.
JCE
juin
- Réaction
1991 n°68
- Extraction
- Evaporation
pour la CPV
et théorie
Le réactif de départ est commercial
CPV, IR
2h30
Conditions :
Téb = 120°C
four 160°C…,
P = 1,5 bars
Extraction : 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 : on a vu des mécanismes E1, E2. On va s’intéresser à un nouveau mécanisme et à son
utilité lors de la synthèse d’un composé d’intérêt.
II.
Application en synthèse
Utiliser l’acidité du H pour faire une E1cb
JD n°90
solide
- mélange intime des
deux solides
- filtration
- recristallisation
Point de fusion,
IR, CCM
1h
-
Hotte
Explication
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)
Conclusion
Réactions parasites, les réactions d’éliminations réductrices en chimie organométallique.
Coumarine JD44, élimination réductrice avec la réaction de Heck Fuxap107
MO 14
Les substitutions nucléophiles
Introduction :
Définition d’une SN
La substitution nucléophile résulte de l’attaque nucléophile par un élément riche en électron et du
départ nucléofuge d’un élément emportant un doublet d’électrons. Sert surtout à continuer une chaîne
ou à assembler deux morceaux préalablement synthétisé.
I.
SN sur un C aliphatique
1. C-alkylation
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.
JD 94
liquide
-
réaction
extraction
évaporation
CCM, CPV
1h
++
Hotte
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-.
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)
Produit pas pur (CCM : pentane/éther) : reste un peu de réactif
0,28 réactif (0,30)
0,74 produit (0,7 dialkylé et 0,5 monoalkylé)
CPV (une goutte du produit dans 1 mL d’éther) : pour avoir monoalkylé et dialkylé
Transition : formation de liaison nécessite protection ; substitution sur hétéroatomes possibles aussi.
2. Facteurs influençant la substitution nucléophile aliphatique
Blanchard
p.165
Produit Tubes à essai
non
isolé
Précipité qui
noircit à la
lumière
30
min
-
Pas de
hotte a
priori
On montre l’influence du substrat
En SN2, primaire réagit plus vite car moins encombré
En SN1, primaire réagit moins vite car carbocation moins stable.
II.
JD 58
SN sur un hétéroatome
Protection
du glucose
liquide
Filtration,
colonne
Indice de
réfraction,
IR
1h
+
hotte
UTILISER HMDS et pas imidazole !!
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 (nez très fragile), si on la sent pue, c’est mauvais pour toi !
Evaporation->liquide qui se cristallise en solide jaune.
2. SN sur un C aromatique
D’habitude, SE mais il est possible de faire des SN sur aromatiques désactivés par groupement nitro
par exemple. Il faut un bon nucléofuge pour que le système récupère son aromaticité. En effet, le
mécanisme est en deux étapes : addition puis élimination.
Dupontdurst p. 461
Vogel p.
960
Chavanne
Synthèse
de la 2,4DNPH
solide
Filtration,
recristallisation
Point de fusion 1 h
IR, Test
caractéristique
+
hotte
Spectre IR : 3100 -> NH et NH2 ; 2878 -> CH aromatique ; 1560 – 1500 -> NO asym ; 1356 – 1340 ->
NO sym ; C-Cl - > 850 -800 ?? pas vu sur le spectre
Recri nécessaire mais difficile (rendement de 120 %) ; Point de fusion bon (196 au lieu de 198)
Cristal rouge
On chauffe au début pour solubiliser. Pourquoi jaune-rouge ??
Test classique des cétones et aldéhydes
On prépare : H2SO4+DNPH+eau+ethanol (25/75) (voir Chavanne)
Puis on ajoute qq gouttes de acide salicylique -> isoler précipité, le mettre à sécher dans l’étuve,
prendre le point de fusion et les comparer.
Conclusion
Les SN servent à allonger les chaînes carbonées (alkylation), peuvent même réaliser des cycles
(lactonisation), permettent d’introduire des hétéroatomes (halogénation, reaction d’arbusov pour
préparer une Wittig Horner) et réalisent des protections (ex en plus acide aminé, ether)
MO 14 : Les substitutions nucléophiles
I.
Allongement d’une chaîne carbonée
C-alkylation
JD 67
Alkylation
JD 94
II.
2h00
Substitution nucléophile mettant en jeu un hétéroatome
Arbusov et Wittig Horner
Formation du
benzilphosphonate de
diéthyle
Silylation d’un glucose
Acide L N
tertbutoxycarbonylglutanique
Synthèse d’un phénol
Sni synthèse du 1Chlorohexane
Synthèse d’une lactone
Substitution compétitive
Tétra o trimethylsilyl alpha
D glucopyranoside de
triméthylsilyle
Réaction d’échange
d’halogène
III.
Filtration, CCM, IR,
Pf
Catalyse par transfert
de phase, extraction,
CPV, CCM
Dupont Durst p 475
Blanchard p.373
Blanchard p.367
JD 73
Vogel p.558
JD 34,
Organic Synthesis
vol VI p 698 Noland
Vogel
Blanchard 198
Helmkamp selected
experiments in
organic chemistry 61
JD 58
Tf, IR
Reflux, IR, on peut
faire une Wittig
ensuite
2h
1h45 sans wittig
CCM, IR
Indice de réfraction,
IR, Distillation
Indice de refraction,
CCM, CPV
Indice de réfraction,
IR, extraction
3h
0,5h
Blanchard 369
Blanchard 165
Substitution nucléophile aromatique
a. Synthèse de la 2,4-DNPH
2,4-DNPH
Vogel rouge p.960
Dupont Durst p 460
Chavanne 477
Précurseur de DessMartin
Tf, UV, recristallisation,
test caractéristique
2h30-3h00
MO 15
Réactions de substitutions électrophiles
Introduction :
Définitions. Sert en chimie organique pour fonctionnaliser que ce soient des chaînes aliphatiques ou
aromatiques. Nous allons regarder des exemples de ces réactions en examinant la nature de
l’électrophile pour chacune d’entre elles.
I.
En série aliphatique
1. Bromation en alpha d’un carbonyle
JD 75
Solide
Bromation avec Br3- Réaction
- Filtration
IR, Tf
1h
+
Hotte
Produit irritant
IR on a la C=O, et éventuellement s’ils posent la question la CBr
Explication
En milieu acide, l’énol est le nucléophile et attaque Br3-, mais une fois que l’on a effectué la
bromation, on ne trouve plus la forme énole car le brome pompe trop la densité électronique. On n’a
donc qu’une monobromation. Le réactif Br3- est chargé négativement, mais c’est un électrophile, il va
donc être plus sélectif que Br2 et ne va par réagir sur le cycle aromatique (sans doute à cause d’une
répulsion coulombienne entre électrons)
Attention si on attend trop le solide peut se redissoudre dans le milieu
Transition : application…
2. Test iodoforme
En milieu acide, on vient de voir que mono, et en milieu basique…
Blanchard
Manip tubes à essai test Tf
30min,
p293
iodoforme, caractéristique de
solide
C=O
Ne pas diluer l’eau de Javel
Manip : on mélange la solution de NaOCl et celle d’iodure, on voit apparaître un solide jaune. Sur un
tube déjà prêt, on filtre la suspension et on sèche le produit. La température de fusion est caractéristique
Explication
Mécanisme dans les livres de prépa 2e année (ex Tec et 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.
II.
En série aromatique
1. Effet d’orientation
Blanchard
p.135
Vernin p.125
Brut réactionnel
- réaction
CPV
Ajout de 1ml au lieu de 10 - extraction 210°C et
gouttes de toluène
120 °C,
Faire CPV des trois produits
IR
dans propotions connues. On
montre qu’on peut se baser sur
les aires.
Nitration du toluène avec
HNO3 dans H2SO4 conc. On
obtient 60% d’ortho, 40% de
méta ; avec la méthode de
l’étalon interne
2h30
-
Hotte
Pour la CPV, on peut se passer de la méthode de l’étalon interne étant donner qu’ils sont de structures
proches et sont en plus des régioisomères.
Explication
Après lavage basique, phase aqueuse orange (produit issu de NO2, NO3; phase organique jaune à cause
des produits nitrés.
Régiosélectivité intéressante, avec les proportions statistiques (ortho/méta/para : 2/2/1) et les
proportions obtenues. On a un intermédiaire de Wheland plus stabilisé pour les formes ortho et para,
mais ortho est encombrée, donc on a plus de para. Pas de polysubstitution car NO2 est désactivant.
L’IR donne l’apparition de NO2
2. Application
Intérêt : se retrouve dans de nombreux complexes dans le corps humain (chlorophylle avec Mg,
hémoglobine avec Fe)
Fuxa p182
Quantité/2
Correcteur dit
par 10
solide
Distiller le pyrrole,
UV, IR,
réaction
CCM
benzaldéhyde+pyrrole
distillé
Filtration
4h
++
hotte
Dilution pour favoriser cyclisation. Pourquoi solution noire ? (polymérisation du pyrrole)
Oxydation à l’air, pourquoi pas DDQ ? Produit vert, pas oxydé.
UV : bande de soret, bande Q
Conclusion
Ouverture vers les SN
MO 16
Alcools et phénols
Biblio : ICO p377, Clayden
Introduction :
Alcool : composé dans lequel un groupement hydroxyle est lié à un carbone tétragonal dont les voisins
sont des carbones, des hydrogènes ou du silicium. Phénol : composé aromatique comportant un
hydroxyle sur le cycle.
Propriétés communes :
- la nucléophilie de l’oxygène (Williamson, esterification)
- l’acido-basicité (même si le pKa est différents)
Propriétés spécifiques :
- alcools : SN et déshydratation
- phénols : réactivité des aromatiques, SEAr
Synthèse :
- alcools : hydratation, hydroboration des alcènes, réduction de C=O, Sn sur des
dérivés halogénés.
- Phénols : oxydation du cumène, diazonium, SnAr
I.
Réactivité commune
Blanchard liquide Williamson : synthèse d’un éther
170
- Réaction
- Extraction
- Distillation sous pression réduite
, IR, CCM ? test au 3h
phénol (cf Blanchard
p212), Téb
Explication
Sans le catalyseur, les réactifs sont dans deux phases différentes et ne peuvent pas réagir. On a bien une
catalyse homogène parce que le catalyseur est soluble dans la phase organique. Problème de la catalyse
par transfert de phase on ne peut pas tout enlever.
NB le pKa de la soude en milieu organique augmente, de toute façon suffisant pour déprotoner le pcrésol.
Williamson faisable aussi sur un alcool avec une base plus forte (LDA)
Transition : phénol ne possède pas de H en beta sur un carbone tétragonal, contrairement à l’alcool.
Ce H va être à l’origine d’une propriété spécifique
II.
Réactivité spécifique
1. Aux alcools
JD n°4 et 46
liquide
Octanal, oxydation
avec l’hypochlorite
de sodium
- dosage
- extraction
Dosage, IR,
indice de
réfraction, CPV
30 min + Hotte
+ 2h
Explication
Attention au mécanisme, dosage à l’eau de Javel à faire avant, penser à bien contôler le pH à 9,5 (pour
que BrO- soit soluble).
Dosage de l’eau de Javel : on dilue par 20 et on dose en retour. Nécessité du dosage : décomposition
2ClO- en O2 + Cl2. Degré chlorométrique : volume en litre de Cl2 (g) nécessaire pour fabriquer 1 litre
d’eau de Javel.
On utilise Br- car il permet d’obtenir des ions hypobromites qui réagissent dix fois plus vite sur le
TEMPO qu ClO-, attention à l’identification de l’espèce oxydante (cf Handbook pour valeurs)
Passage entre les phases organiques et aqueuses : ClO-(aq) oxyde Br-(aq) pour donner BrO- (aq). Le
BrO- passe en phase orga et oxyde le tempo qui a son tour oxyde l’alcool
Le lavage à l’acide et au KI permet de réduire le TEMPO et le faire passer en phase aqueuse (du radical
à l’hydroxyanime), après ce lavage la phase orga doit être jaune marron. En suite le thiosulfate permet
de faire passer I2 en phase aqueuse sous forme de IRemarques
Parler des autres méthodes d’oxydation des alcools, comme Swern
La bande à 3100 peut être due à l’énol
L’octanol est utilisé en pharmacie pour savoir si un composé passe dans les graisses (ie coefficient de
partage entre l’eau et l’octanol), l’octanal est utilisé en parfumerie
Transition : les phénols possèdent un groupement aromatique !
2. Aux phénols
Lactonisation
JD 91
Synthèse
Filtration pf, IR,
3h
hotte
(mécanisme
d’une
recristallisation possible
ICO)
coumarine
CCM
Grand intérêt des coumarines (sondes fluorescentes, entre autres), parler de la régiosélectivité, du rôle
de l’APTS (activation électrophile) et avoir une feuille avec les différentes étapes du mécanisme
Cf la vitamine K (pharmacologie, structure dans le organic chemsitry drug design) ; exemple de la
Warfarine, excipient dans des médicaments coumariniques, anticoagulants
Conclusion :
Une autre réactivité spécifique : oxydation des alcools, pas possible sauf pour l’obtention de quinone,
ce qui permet d’ailleurs de révéler chimiquement les plaques photographiques.
couplage oxydant du betanaphtol ; aspirione (JFLM p151), Estérification d’alccol JD65 Réactivité des
alcools mesplède p75
MO 17
Catalyse en chimie organique
Biblio : Scacchi
Introduction :
Une réaction possible thermodynamiquement peut être bloquée cinétiquement, ou simplement avoir
une cinétique très lente. Le chimiste peut alors avoir recours à un catalyseur. Schéma du Scacchi. Le
catalyseur accélère la réaction en abaissant les barrières d’énergie d’activation et sans apparaître dans le
bilan global de la réaction. La catalyse peut être homogène : le catalyseur et les réactifs sont alors dans
la même phase, ou hétérogène.
Manip d’intro : H2O2 sur platine.
I.
Catalyse hétérogène
- filtration sur célite
IR, CCM,
2h
+ Hotte
- extraction
indice de
- lavage
réfraction, CPV
1ml d’alcyne, 0,8mL de quinoléine, 100mg de catalyseur de Lindlar et 50 mL d’éther de pétrole.
Le faire avec et sans catalyseur en regardant la pression.
BUP à
paraître
liquide
Manip : On montre la filtration (tout l’intérêt !), le lavage avec une solution d’HCl 1M pour enlever la
quinoléine, avec solution de NaCl saturée (pressechage)
On a les produits Z et E commerciaux, qu’il faut piquer en CPV (Se30, 210 130, 1bar). Calcul du
nombre de mole de H2 ayant réagit en suivant l’évolution de la pression.
Explication
Parler de l’état de surface, du mécanisme et donc de la sélectivité. L’obtention de l’autre
diastéréoisomère par réduction avec métal dissous dans NH3. Insister sur l’intérêt de la stéréochimie
(Clayden, le cis-rétinal et son rôle dans la vision).
II.
Catalyse homogène
JD 91
solide
(mécanisme
ICO) OU
Actualité
chimique
mars 2003 p.
27
Synthèse
d’une
coumarine
Réaction
pf, IR, CCM 3h
Filtration
(fluorescent)
Recristallisation
hotte
Pas de solvant, rapide, efficace, conditions douces
Réaction de Pechmann. Catalyse acide en milieu non aqueux (APTS) : substitution électrophile
aromatique + lactonisation
Intérêt : après obtention du squelette de la coumarine, la fonction carboxylique du produit est devenue
inutile ; ce produit est donc un intermédiaire de synthèse, généralement destiné à subir une
décarboxylation. La coumarine a une odeur proche de celle des gousses de vanille (1882). Utilisé en
arôme pharmaceutique, constituant de la fève Tonka. Les dérivés de la coumarine ont des propriétés
anticoagulantes.
III.
Catalyse par transfert de phase
Blanchard liquide Williamson : synthèse d’un éther
170
- Réaction
- Extraction
- Distillation sous pression réduite
, IR, CCM ? test au 3h
phénol (cf Blanchard
p212), Téb
Explication
Sans le catalyseur, les réactifs sont dans deux phases différentes et ne peuvent pas réagir. On a bien une
catalyse homogène parce que le catalyseur est soluble dans la phase organique. Problème de la catalyse
par transfert de phase on ne peut pas tout enlever.
NB le pKa de la soude en milieu organique augmente, de toute façon suffisant pour déprotoner le pcrésol.
Williamson faisable aussi sur un alcool avec une base plus forte (LDA)
Conclusion
La catalyse hétérogène permet d’aller vers des température plus hautes, mais est moins sélective. On
peut combiner les avantages des deux sortes de catalyse avec la catalyse supportée. Eventuellement
ouvrir sur la catalyse enzymatique.
Catalyse homogène : Suzuki
Catalyse hétéroègne : Montmorillonite
MO 18
Synthèse et réaction des dérivés des acides carboxyliques
Biblio : Tec et Doc PC
Introduction :
Les dérivées d’acide carboxyliques sont des composés qui redonnent l’acide par hydrolyse. Il existe 5
grandes classe
- ester et amide (qui peuvent être cycliques : lactone/lactame)
- nitrile : amide déshydratée
- anhydrides et les halogénures d’acyle qui sont des intermédiaires de synthèse (acide carboxylique
activé)
On les retrouve souvent en chimie organique, de part leur électrophilie du carbone de la C=O et part
l’acidité de l’hydrogène en alpha.
I.
Synthèse des dérivés d’acide
1. Synthèse d’amide à partir d’un nitrile
Obtention d’un amide encombré par alkylation du benzonitrile en milieu acide
CCM, IR, point de
Daumarie
solide Réaction de Ritter
fusion
Concours
- Réaction
p90
- Précipitation
- Filtration
- Recristallisation
Eventuellement lancer la réaction en parallèle sur l’amide correspondant (benzamide).
Benzonitrile et tertiobutanol, ajout H2SO4, dans un bain de glace ;
CCM, attendre 10 min faire CCM retirer l’erlen du bain
reCCM jusqu’à disparition du produit (15 min) puis traitement
Explication
Le mécanisme : la réaction avec le benzamide ne marche par, il ne s’agit pas d’un intermédiaire
réactionnel. On utilise la CCM pour démontrer le mécanisme. Discussion sur le mécanisme
Formation du carbocation, attaque du N sur le carbocation, attaque de l’eau sur le C et on forme
l’amide.
Amide : les protéines sont des polyamides macromoléculaires, le nylon 6,6 utilisé dans les textiles est
aussi un polyamides (omniprésent !)
Amides peuvent être obtenu avec chlorure d’acyle et anhydrides en présence de pyridine. Ou
hydratation des nitriles
réaction « nitrile donne amide » utilisée pour faire l’acide adipique
Voie d’accès importante aux amines difficiles à obtenir.
2. Synthèse d’un anhydride d’acide
Souil p.66 ;
Blanchard
p.311
Synthèse de
l’anhydride
phtahlique
solide
sublimation
Point de
fusion, IR
30
min
-
Hotte
Les anhydrides d’acides (trop réactifs par rapport à l’eau) ne semblent pas exister à l’état naturel, mais
par contre on peut retrouver des anhydrides mixtes, ie acétique et phosphorique. Les chlorures d’acyle
et anhydrides d’acide sont des produits de synthèse. Par contre esters et amide sont nombreux à l’état
naturel.
Les esters : volatilité élevée, ils contribuent fortement à de nombreux arômes (ex l’arôme de banane, de
jasmin)
Obtention d’anhydrides : voie thermique (avec P4O10), ou carboxylate sur chlorure.
NB indiquer l’utilité de l’anhydride qui est un acide carboxylique amélioré.
II.
Réactivité des dérivés d’acide
1. Electrophilie du carbone
JD n°55 (mise en
œuvre) n° 92
(traitement)
liquide
Acylation de Friedel
et Crafts
- lancement de la
manip (bulles)
- extraction
- lavage
CCM (suivi
possible), indice de
réfraction, CPV, IR
1h30 ++
Hotte
A cause du chlorure d’acyle : on lave la verrerie avec de la soude à 5%
Manip : ajout de l’anisole pour voir HCl buller dans le piège (bien mettre en plus une fiole de garde, on
aura une chute de pression lorsque l’on refroidit), puis extraction, lavages et indice de réfraction
Explication :
Lors de l’ajout de l’anisole la solution devient rouge, quand on hydrolyse la couleur disparaît (elle est
due à l’adduit de Lewis).
intérêt pour avoir une monoalkylation (on réduit avec Clemmensen par exemple)
Pour la CCM on doit casser l’adduit avant de le spotter, avec NH4Cl, sinon on n’a pas le bon Rf
(pentane/ether 90/10), bien marquer les spots, car les produits s’évaporent
L’hydrolyse est très exothermique, on doit avoir un bain de glace, on hydrolyse en milieu acide pour ne
pas former Al(OH)3.
Pour les lavages :
- 2*10 mL d’eau : on enlève Al3+, Cl- et H+ et un peu de l’acide, la phase orga contient le
produit et un peu d’acide
- NaOH (pH basique) l’acide passe en solution aqueuse.
-
H2O on enlève les traces de Na+, car après on lave avec une solution saturée et on pourrait
donc avoir un précipité.
2. Acidité du H en alpha
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.
JD 94
liquide
-
réaction
extraction
évaporation
CCM, CPV
1h
++
Hotte
Ajouter soude et transfert de phase au dernier moment car solidifie !!!
Mettre l’agent de transfert de phase avec les réactifs dans l’ampoule à brome.
On met deux équivalents de soude et 1,1 équivalents de catalyseur de transfert de phase car
les deux peuvent réagirent ensemble.
On essaie avec un équivalent de iodo-butane
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-.
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)
Produit pas pur (CCM : pentane/éther) : reste un peu de réactif
0,28 réactif (0,30)
0,74 produit (0,7 dialkylé et 0,5 monoalkylé)
CPV (une goutte du produit dans 1 mL d’éther) : pour avoir monoalkylé et dialkylé
Conclusion
On ne serait limiter la réactivité des acides carboxyliques et de leurs dérivés aux réactions présentées au
cours de ce dosage. Ils possèdent des propriétés acido-basiques et ils subissent également des réaction
de réductions (par les hydrures, par exemple métalliques, par les organomagnésiens) les énolates
d’anhydride, d’imides ou de nitriles (on pense à la réaction de condensation de Knoevenagel)
Une liaison importante, la liaison peptidique : amide/acide en présence, jouer sur les groupements
protecteurs.
Aspirine (estérification, JFLM p149), H acide C-alkylation (cétoester) JD94, synthèse d’un lactame
Beckmann
I.
II.
I.
II.
Quelques exemples de synthèse
a. Utilisation d’un anhydride pour optimiser la synthèse d’ester
b. Application industrielle : le Nylon 66
Mise en évidence de la réactivité
a. Caractère électrophile du carbone
b. L’acidité du H en alpha à travers la synthèse d’une lactone ou la synthèse malonique
Synthèse des dérivés des acides carboxyliques
a. Synthèse de l’aspirine
b. Préparation de l’oxamide
Mise en évidence de la réactivité
a. Caractère électrophile du carbone
b. L’acidité…
I.
Synthèses
a. Synthèse du chlorure d’acétyle
b. Estérification : préparation de l’acétate d’isopentyle
II.
Réactions des dérivés d’acides
a. Hydratation du benzonitrile
b. Synthèse malonique
c. Préparation du nylon 6,10
Formiate de
JD60
Distillation sous vide
citronellyle
(dure ! utiliser un
(anhydride)
sèche cheveux ?), IR,
réfractomètre, bain
carboglace
Synthèse in situ d’un JD 56
anhydride mixte puis
passage à l’ester
Synthèse d’un
Souil Capes p 66
anhydride phatalique
Synthèse du nylon
JD74
IR, filtration (un peu
6,6
trop pateux)
(amidation)
Acylation de Friedel JD55 92
Extraction, IR, CCM
et Crafts : 4Isobutylanisole
(réactivité chlorure
d’acyle)
Acylation du
Blanchard
Colonne et CCM
ferrocène
Synthèse de l’acide
JD91
IR Banc Köfler,
filtration
coumarine-3carboxylique
(lactone)
Synthèse de
JFLM 2, p149
Recri, CCM, point de
fusion
l’aspirine
Florilège p 53
(esterification)
Blanchard
Chavanne
Synthèse de
JD
Colonne CCM
l’isovalérate de 2-
2h30
2h
2h
2h
phenyléthyle
(réactivité chlorure
d’acyle, synthèse
ester)
Synthèse malonique
(réactivité ester)
Synthèse d’une
lactone par
transposition
Préparation de
l’oxamide
(amide)
Réaction de Ritter
(nitrile)
Synthèse du chlorure
d’acétyle avec PCl »
Acétate d’isopentyle
(ester de banane)
Hydratation du
benzonitrile
Blanchard
Extraction, filtration,
point de fusion
JCE 1995 1142
Feneuil p136
Blanchard p 318
Toute la manip, elle
est courte
JCE Sept 1989 p.
776
BUP 717
(mécanisme)
Adams p 242
CCM, filtration,
température de
fusion
Chavanne p 564
Blanchard p.320
IR, indice de
1h
réfraction, distillation
du chlorure d’acétyle
IR, indice de
3h15
réfraction
Point de fusion, IR,
filtration, lavage à
l’eau
Remarques du l’aspirine : pKa, solubilité, formulation, chauffer moins fort et plus longtemps pour
obtenir un bon rendement
Sur l’oxamide : qui est soluble dans quoi, liaisons hydrogènes, interactions hydrophodes qui est le
solvant.
Sur Friedel et crafts : voir fonctionner le piège à HCl, AlCl3 fraichement distillée, bouteille neuve ou
alors le sublimer, problème d’émulsion (à identifier et proposer des méthodes pour s’en affranchir :
structuration de la phase aqueuse par augmentation de la force ionique). Augmentation de la densité et
de la tension superficielle de la phase aqueuse.
MO 19
Protection en chimie organique
Biblio : Clayden
Introduction :
Nécessité de la protection de fonction.
Cahier des charges d’un bon groupement protecteur :
- rendement des étapes protection/déprotection doit être élevée (pour ne pas souffrir de la perte de
matière lors de l’ajout de deux étapes)
- coût faible
- groupement inerte dans les conditions de réaction, qui résiste aux purifications
Nécessité de disposer de groupements orthogonaux
I.
Principe de la protection de fonction
En protégeant un aldéhyde, montrer les caractéristiques de la protection
JD25
liquide
Synthèse de l’hydrox citronellal
- Réaction
- Extraction
- Colonne
Faire la manip avec et sans protection
CCM, indice de réfraction, IR
3h30
Explication
Sans protection, on risque une prototropie en milieux acide.
Donc ici, on protège, puis on hydrate, on déprotège. Attention, il peut y avoir déprotection pendant
l’hydrolyse menant à une réaction parasite mais l’hydratation de la double liaison reste quand même
plus rapide. Intérêt de l’acide sulfurique concentré est d’éviter la déprotection qui se fait en milieu
acide dilué.
Ici la réaction et la déprotection se font en une seule et même étape, ce qui permet d’améliorer le
rendement.
La morpholine doit rester protonnée (pKa=8,3) afin qu’elle reste dans la phase aqueuse. D’où le pH de
5.
NB autres modes de protection d’un aldéhyde (avec méthode de déprotection)
Transition : on a protégé un aldéhyde, mais un aldéhyde peut servir à protéger par exemple un diol
II.
Exemple de protection de fonction
1. Protection d’un diol pour la chimie des sucres
Tf, CCM, IR, pouvoir 2h
Actéalisation du α -D-méthylglucoside
rotatoire
- Réaction
- Filtration (plein d’étapes)
Bien respecter le temps indiquer dans le mod-op sinon on a ouverture de l’acétal méthylique
JD64
solide
Manip : filtration lavage (eau pour enlever les carboxylates ( ?) et le pentane pour enlever le
benzaldéhyde), polarimétrie, Tf
Explication : on forme un cycle à 6 (1,3 dioxane) et non à 5 (1,2 dioxane), on utilise normalement
l’acétone, ici benzaldéhyde pour forcer la position équatoriale du phényl
Le carbonate de potassium permet d’ôter l’acide formique
CHCl3 bouillant solubilise le produit
Intérêt : régiochimie de la réaction, chimie des sucres
NB beaucoup d’autres protections orhtogonales : éther (base.Bn-Br, déprotection H2 Pd/C, NH3(l) Na,
PMB-Cl, déprotection DDQ), éther silylé (fluorure) acétal ester..
2. Protection d’amine pour la synthèse peptidique
Daumarie
concours p.
117
Protection de l’alanine par Cbz
- Précipitation
- Extraction
- Recristallisation
Très long
Tf, IR
Hotte
Une première protection. Le produit est commercial
Chloroformiate de benzyle est lacrymogène, laver la verrerie avec de la soude.
Le pentane peut être plus intéressant pour faire précipiter.
Pourrait être suivi de l’étape d’activation et éventuellement le couplage (ici juste en parler), le produit
commercial est disponible pour comparer
On se place en milieu basique pour libérer la nucléophilie de l’amine. On ajoute la soude goutte à
goutte car le chloroformiate de benzyle est hydrolysé plus rapidement en milieu basique. Ceci explique
aussi qu’il est ajouté en excès.
Manip : 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) précipitation, recristallisation.
Remarque : un sous-produit, l’hydrogénocarbonate de benzyle : on peut espérer qu’il est plus soluble
en phase aqueuse qu’en phase organique.
Explication : mécanisme de protection, déprotection
NB : parler des autres protections : Fmoc, Cbz, BOC
Intérêt : synthèse de peptide
Conclusion
Protection des acides carboxyliques (ester, DCC, DMAP), procédé Merrifield (Clayden)
Choix entre : Protection de l’amine de l’alanine (Daumarie TP p118) protection de l’amine de l’acide
glutamique (JD73), de la fonction acide de la phénylalanine JD55 (2h30)
MO 20
Aldolisation, cétolisation, crotonisation et réactions apparentées.
Introduction :
Définition.
· un des réactifs va être énolisé pour former un nucléophile : dépend de l’acidité du proton en a de
la fonction carbonyle.
· ce composé nucléophile va réagir sur un composé carbonylé (lui-même ou un autre composé,
différents exemples seront présentés) qui est l’électrophile. aldéhyde > cétone > ester
Grand intérêt synthétique car création de liaison C-C ou C=C. Très utilisé.
L’aldolisation, cétolisation est souvent dans des conditions de contrôle thermo. Equilibre que l’on peut
déplacer. Crotonisation déplace l’équilibre -> irréversible.
I.
Condensation d’une cétone sur elle-même
Cétolisation de la propanone
Blanchard p. liquide
Soxhlet, évaporation de
282
l’acétone
CCM : éther de
pétrole/acetate d’éthyle 50/50
Utiliser 2,4-DNPH (1 goutte
dans 1 mL)
3h
CCM, CPV
(130°C,
150°C, 0,4
bars), indice de
réfraction (?),
IR
+
Hotte
CPV : évaporer l’acétone et
faire la CPV dans l’éther pour
bien voir tous les pics
Attention, le produit
commercial du produit
contient de la crotonisation
Risque de crotonisation dans
la CPV !
Baryte hydraté comme catalyseur.
Base HO- pka = 14 alors que pka (cétone) = 20 ! Très peu déplacé, d’où le soxhlet. La cétone s’évapore
mais le produit qui reste dans le ballon. (66°C contre 164°C).
A priori pas de crotonisation, car pas de base dans le ballon.
Transition : On peut également vers une condensation sur un autre électrophile !
II.
Aldolisation croisée et crotonisation
Condensation de Claisen-Schmidt
JD n°90
solide
- mélange intime des
deux solides
- filtration
- recristallisation
Point de fusion,
IR, CCM
1h
-
Hotte
Problème de l’aldolisation croisée : plein de produits à priori ! mais aldéhyde plus électrophile et un
seul composé énolisable
Différence de pka faible (14 pour HO- et 15 pour réactif) mais déplacé par crotonisation.
Chimie verte : pas de solvant
Intérêt industriel : plus de 60% de la production mondiale d’acétone et au moins 30% de celle de
formaldéhyde et d’acétaldéhyde sont transformés de cette manière.
Transition : Cette réaction ne se limite pas aux groupements carbonylés, ça marche du moment que H
acide et site électrophile.
III. Réaction apparentée
JD 91
solide
-
Réaction,
Filtration
Coumarine :
CCM
fluoresce :
IR, Tf, CCM
2h
+
Hotte
L’aniline sert de catalyseur. Elle s’additionne sur l’aldehyde pour former une imine. Puis dessus
s’additionne le malonate. Ensuite, il a y a élimination de l’aniline. La pyridine sert de catalyseur acidobasique.
Conclusion
Ouverture sur synthèse asymétrique. Comment contrôler la stéréochimie du nouveau groupement
formé ? Grand enjeu (Oxazolidinone d’Evans, énolate de Bore, ....)
Manip de secours :
!"#$ %&'
(
$
MO 21
Esters
Introduction :
Un ester est un dérivé d’acide, c’est-à-dire qu’il redonne l’acide par hydrolyse. Un ester est le produit
de condensation d’un acide et d’un alcool. Ils occupent une place importante dans les organismes
puisque les triglycérides sont des triester d’acides gras. Arôme ex : jasmin, acétate d’éthyle. Pourquoi
le chimiste veut synthétiser un ester ?
1. Synthèse de molécules naturelles.
2. Réactivité : intermédiaire de synthèse.
3. Groupement protecteur.
Enjeu défier l’équilibre d’estérification, en imaginant des réactions quantitatives, pour augmenter les
rendements, surtout lorsque ce sont des intermédiaire de réaction ou des groupements protecteur.
I.
Synthèse
JD 60
Liquide
- Réaction
- Extraction
- Evaporation
CCM, CPV, IR,
3h
indice de réfraction
++
Hotte
Un moyen d’avoir une estérification efficace est d’utiliser des dérivés d’acides plus réactifs que les
acides eux-même.
Composé odorant utilisé dans l’eau de Cologne, parfum de roses, de muguet…
OU
TP 33 Bordas
p. 108
Liquide
- Réaction
- Extraction
- Séchage
- Filtration
CCM (Acetate
h
d’éthyle/ether de
pétrole)
Indice de réfraction
(droite
d’étalonnage),
CPV ?, IR
Equilibre déplacé par Dean-Stark
A faire avec et sans cyclohexane pour bien comparer.
Transition : voyons voir maintenant leur réactivité
++
Hotte
II.
Réactivité
a. Acidité du H en alpha
Synthèse malonique
Blanchard
solide
p. 173
-
quantités
divisés par
4
Réaction
Extraction
Filtration
IR, Tf
1h
++
Hotte
Discussion dialkylation et saponification (important pour la fabrication des savons, et clivage de
groupements protecteurs). Discuter l’alkylation en compétition avec la saponification. Pourquoi on
n’utilise pas EtONa mais ici deux phases. Catalyse par transfert de phase. Suivi du pH pour connaître la
fin de la réaction !
Lavage : Précipitation lorsque l’on ajoute du toluène (élimine dibromoéthane)
Ou
JD89
solide
Réaction de Claisen
Tf, IR, CCM
- Réaction
- Neutralisation
- Extraction
- Filtration
- Recristallisation
Attention, ne pas ajouter trop de HCl pour ne pas hydrolyser l’ester
Peut être dur à faire précipiter
1h30
Explication
L’ester aussi possède un proton acide et une électrophilie, mais moins développé que pour les aldéhyde
et les cétones. pKa tBuOH/tBuO- est de 20, celui de Phester : 18
On a pu allonger la chaîne carbonée en créant une liaison C-C
Intérêt de sans solvant (tBuOK est en défaut et encombré, pas de risque de transestérification)
b. Carbone électrophile
Blanchard p. 248
Testé par Cachan
Diviser les quantités
par 2,
organomagnésien
commercial
solide
- Réaction
- Extraction
- Evaporation non
totale
- Filtration
- Recristallisation
IR, CCM (DCM
100%), Point de
fusion
Test des phénols
-
Hotte
Conclusion
Richesse des réactions mises enjeu. Tout un arsenal de réaction d’estérification et notamment la
réaction de misunobu permettant l’inversion de configuration. La réactivité des esters est semblable aux
dérivés d’acides.
Ester comme groupement protecteur des alcools ou des acides. On l’utilise aussi beaucoup : fonction
ester sur l’aspirine, l’aspartame et la synthèse industrielle de nombreux polyesters Polyéthylène
téréphtalate.
Manip de secours :
I. Blanchard p. 187, JD 65
II. Synthèse de l’oxamide Blanchard p. 318, condensation de Claisen JD 89
III. Wadsworth Emmons
MO 22
Acides-alpha aminés ; peptides
Biblio : BUP 851 feévrier 2003 p53 (dédoublement par la proline) Vollhardt, chap 26, Clayden chap.
49, Voet chap 4
Introduction :
Définition : composés bifonctionnels chiraux (sauf glycine), à la fois acide et basique. Le terme alpha
anime donne la position du groupe amine en alpha du groupe acide carboxylique.
Présentation : 20 aa naturels composent toutes les protéines de notre organisme, 8 doivent être
introduit par notre alimentation, ils sont de configuration L dans la nomenclature de Fischer, certains
sont levrogyres, d’autres dextrogyres
Brique essentielle du vivant, unité monomère des protéines, macromolécules aux propriétés essentielle
de structure de transport, et d’activité enzyatique dans les organismes.
Les peptides sont des oligomères d’AA. Synthèse peptidique très en vogue aujourd’hui : médicaments
comme certains antibiotiques, synthèses de protéines pour comprendre leur repliement et leur structure
(RMN…).
Ces peptides ou protéines propriétés : synthèse énantiosélective. Etude pourquoi protéines chirales :
mise en évidence de la chiralité des AA. Etude
Enjeu de la synthèse peptidique : activation et protection des groupements qui peuvent tous régair, pour
faire une séquence bien défini !
I.
Propriété des acides aminés
a. Chiralité
Résolution
d’un mélange
racémique
d’acide
phénylsuccini
que
BUP 851
février
2003
JCE 1997
74(10)
p1226 ;
Quantité *2
Obtention de
solide (+). La
recristallisation
fonctionne bien
IR
2h30
recristallisation,
polarimétrie,
filtration
hotte
On forme le sel : acide succinique déprotonée, amine de la proline protonée. (pKa de l’acide succinique
est de 4 environ et celui de la proline 2 ; 10). Un des dia précipite. 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)
Transition : Les chaines latérales vont aussi conditionner une propriété importante des aa qui est leur
acido-basicité
b. Acido-basicité
Chimie petit
dej p. 71
- 3 aa fournis
- On les spot sur du papier Whatman
préalablement imbibé d’une solution
conductrice. (3 capillaires !)
- Mettre des gants pour éviter de
mettre des aa
- On place le papier dans une cuve à
électrophorèse
2h de
migration
5 mA,
200 V
Pas de hotte sauf pour
la révélation à la
ninhydrine (il faut y
aller !) et sécher au
sèche-cheveux
pendant 3 min très
proche
* Principe :
Méthode de séparation des constituants d’un mélange en solution ; elle repose sur leur différence de
vitesse de migration lorsqu’ils sont placés dans un champ électrique. Cette méthode s’applique aux
espèces chargées.
Selon le pH, les acides aminés sont porteurs de charge différente sous forme d’anions, de cations ou de
zwittérions. Sous l’effet d’un champ électrique, ils migrent donc de façon différente puisque le sens et
l’intensité de la force électrique de migration dépendent de leur charge. A pH égal au point
isoélectrique, il n’y a pas de migration électrophorétique car la molécule est sous forme zwittérionique,
globalement neutre.
La vitesse de migration est liée à la mobilité u de chaque ion et aux interactions (adsorption) avec la
phase stationnaire. Par ailleurs, le déplacement d est proportionnel à la différence de potentiel
appliquée et au temps de migration : d = u*E*∆t
* Expérience :
Dépôt de spot sur papier humidifié d’une solution tampon de phosphate pour maintenir le pH et assurer
le contact électrique. Il faut que le papier reste humide ! sinon plus de contact électrique.
La solution électrolytique fixe le Ph. Il faut choisir un pH pour lequel les charges des différents
constituants à séparer sont les plus différentes possible. La solution électrolytique fixe la force ionique.
Plus elle est grande, plus faibles sont le champ électrique et la mobilité des ions, la migration
électrophorétique est donc ralentie. En même temps les ions de la solution sont nécessaires pour
véhiculer le courant. Un compromis doit donc être réalisé.
* Application :
Séquençage des protéines
Transition : Cette acido-basicité va poser problème lors de la synthèse de peptides car NH3+ pas
nucléophile et COO- mauvais electrophile !!
II.
Couplage peptidique
Définition : peptides à moins de 100 aa après c’est une protéine
Daumarie
concours p.
117
Double protection d’un aa puis Très long
couplage avec un deuxième.
Test du biuret (chimie du petit dej p.
65 ou feneuil)
Hotte
Une première protection. Le produit est commercial, on peut engager la deuxième protection sur celuici. Puis couplage en tube à essai. Attention au test caractéristique. Utilisé un bon défaut de base ou
tester le test du biuret !
Si on arrive pas à filtrer l’aa protégé, on peut juste filtrer la DCU et l’engager tel quel dans le couplage.
1. Protection
Daumarie
concours p.
117
Protection de l’alanine par Cbz
- Précipitation
- Extraction
- Recristallisation
Très long
Tf, IR
Hotte
Une première protection. Le produit est commercial
Chloroformiate de benzyle est lacrymogène, laver la verrerie avec de la soude.
Le pentane peut être plus intéressant pour faire précipiter.
Pourrait être suivi de l’étape d’activation et éventuellement le couplage (ici juste en parler), le produit
commercial est disponible pour comparer
On se place en milieu basique pour libérer la nucléophilie de l’amine. On ajoute la soude goutte à
goutte car le chloroformiate de benzyle est hydrolysé plus rapidement en milieu basique. Ceci explique
aussi qu’il est ajouté en excès.
Manip : 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) précipitation, recristallisation.
Remarque : un sous-produit, l’hydrogénocarbonate de benzyle : on peut espérer qu’il est plus soluble
en phase aqueuse qu’en phase organique.
Explication : mécanisme de protection, déprotection
NB : parler des autres protections : Fmoc, Cbz, BOC
2. Activation
Daumarie
concours p.
117
Activation de l’alanine à partir du Très long
produit commercial
- Réaction
- Filtration
- Evaporation
- Dissolution,filtration,
évaporation
- Dissoudre, filtration
-
Tf, IR
Hotte
On mélange les produits (alanine, DCC, paranitrophenol (pka 7,6)). L’urée précipite. Puis on filtre sur
papier, on évapore le filtrat. On le dissout dans le DCM et on filtre les impuretés restantes (DCC).
Evaporer. Dissoudre dans de l’éthanol à chaud, et faire précipiter par addition d’eau (paranitro et
produit de départ solubles mais pas le produit final). Filtrer.
3. Couplage
Daumarie
concours p.
117
Couplage
- Réaction
Hotte
On libère le paranitrophénol qui est jaune, sachant que l’ester activé est incolore.
Conclusion
La synthèse de peptides se fait maintenant sur phase solide (résine de Merrifield). Nouveau aa
artificiellement modifiés très utile pour recherche structure 3D et création de nouveaux antibiotiques
Synthèse : Gabriel Strecker, du C terminal vers le N terminal, inverse chez les enzymes, sur support
solide (Merrifield, PN 1984)
MO 23
Formation d’une liaison simple C-O
Introduction :
Définition : liaison sigma, 550 kJ/mol à comparer à C-H 430
Pourquoi savoir former des liaisons C-O ?
1) molécules naturelles comporte des liaisons C-O.
2) intérêt en synthèse liaison C-O polarisé.
3) protection
I.
Par addition nucléophile
a. Acétalisation
Acétalisation
JD 63
liquide
-
Réaction
IR,CCM, indice
Filtration
de réfraction
Extraction
Distillation sous
pression réduite
2,5 h
+++
Hotte
L’acétalisation est la méthode la plus utilisée pour protéger les composés carbonylés de l’action des
bases et des nucléophiles. L’acétal diméthylique est le groupement protecteur usuel des aldéhydes.
Avec les cétones, moins réactives et plus sensibles à l’encombrement stérique, la formation d’un
dioxolane-1,3 avec l’éthyneglyco (éthane-1,2-diol) est généralement préférable.
b. Estérification
Estérification
JD 60
Liquide
- Réaction
- Extraction
- Evaporation
CCM, CPV, IR,
3h
indice de réfraction
++
Hotte
Un moyen d’avoir une estérification efficace est d’utiliser des dérivés d’acides plus réactifs que les
acides eux-même.
Composé odorant utilisé dans l’eau de Cologne, parfum de roses, de muguet…
Ici, on addition nucléophile, suivie d’une élimination. Mais la liaison est bien crée suite à une addition
nucléophile.
II.
Par substitution nucléopile
a. Fomation d’un alcool
b. Epoxydation
Synthèse stéréospécifique d’une bromhydrine (alcool) suivie d’une époxydation
Daumarie
solide
1) formation de l’alcool 1) Point de
2h
+
Hotte
concours p.
- Réaction
fusion, IR
73
- Extraction
2) Point de
- Evaporation
fusion, IR,
Recristallisation CCM (suivi de
(marche pas bien, on la réaction)
peut s’en passer)
2)
formation
de
l’époxyde
- Réaction
- Extraction
- Evaporation
Lors de la première étape, addition en anti du brome et de l’eau. Du fait de la symétrie de la molécule,
on a un racémique.
Lors de la deuxième étape, attaque en trans de l’oxygène. Donc on obtient un racémique également. On
obtient que l’époxyde trans.
Conclusion
On peut faire des époxydations par m-CPBA.
Manip de remplacement
I. Esterification (Blanchard, JD 65) ; acétalisation (JD, Blanchard p. 190)
II. Epoxydation de la carvone.
I.
Par addition nucléophile
Acétalisation
JD 63
liquide
-
Réaction
IR,CCM, indice
Filtration
de réfraction
Extraction
Distillation sous
pression réduite
2,5 h
+++
Hotte
L’acétalisation est la méthode la plus utilisée pour protéger les composés carbonylés de l’action des
bases et des nucléophiles. L’acétal diméthylique est le groupement protecteur usuel des aldéhydes.
Avec les cétones, moins réactives et plus sensibles à l’encombrement stérique, la formation d’un
dioxolane-1,3 avec l’éthyneglyco (éthane-1,2-diol) est généralement préférable.
II.
Par substitution nucléophile
Synthèse de Williamson
Blanchard p.
liquide
169
Testé par
Cachan
Diviser les
quantités par 2
- Réaction
- Extraction
Rajouter lavage à
l’éther pour faciliter
démixion
- Distillation sous
pression réduite (pas
nécessaire)
IR, CCM (éther
de pétrole/acetate
d’éthyle 80/20)
-
Hotte
III. Par oxydation d’alcène
Epoxydation de la carvone
JD 21
liquide
-
Réaction
Extraction
IR, CPV (JD
21, P=0,8 bar),
indice de
réfraction,
CCM
3h
++
Hotte
MO 24
Composés éthyléniques et acétyléniques.
Introduction :
Il existe des simples liaisons C-C. Mais aussi des doubles et des triples. Qu’est-ce que vont apporter ces
liaisons Pi ??
Propriétés intéressante des doubles et triples, riches en électrons.
Etude de la synthèse. Etude de leurs propriété.
I.
Synthèse d’un composé éthylènique
Horner-Wadworth-Emmons
Blanchard-Desce solide
- ajout sur bain de
p 375
glace
Dupont-Durst p.
- filtration
479
- recri possible
IR, Point de
fusion, CCM,
1h30
-
Hotte
Transition : on peut former des composés éthylèniques par réduction des alcynes. En effet, les liaison
pi sont susceptibles d’être détruire par addition d’hydrogène.
II.
Réactivité commune aux alcènes et aux alcynes
Hydrogénation
BUP à
liquide
paraître
JD 29
liquide
- filtration sur célite
- extraction
- lavage
IR, CCM,
indice de
réfraction, CPV
Qualitatif en tube à
essai.
Changement de
couleur
2h
+ Hotte
-
Hotte
Transition : Ils ont également des différences. Les alcynes ont des C beaucoup plus électronégatifs et
donc les alcynes vrais sont très acides pour des hydrocarbures…
III. Réactivité spécifique aux alcynes vrais
Synthèse halogénoalcyne
JD 76
liquide
Remarque aiguille
dans septume sur
garde pour pas
que N2 parte trop
vite
- réaction
- extraction
- évaporation
- colonne (?)
IR, CCM,
indice de
réfraction
2h
+ Hotte
Réaction : organomagnésien (alcyne pka faible 25, suffit de déprotoner pour former l’organo) ;
substitution électrophile.
Application : préparation de composés diacétyléniques non symétrique par la méthode de CadiotChodkiewicz.
Conclusion
Métathèse (alcène et alcyne)
Manip de secours
JD 29 (manip qualitative sur l’ajout de Br2 sur alcène et alcyne)
JD 11/41 (polymérisation du styrène)
Acutalité chimique (Diels-Alder)
Blanchard p. 193 : déshydratation d’un alcool
MO 25
Organométalliques.
Introduction :
Définition d’un organométallique. Dans la nature une liaison C-M : C-Co dans la vitamine B12
Inversion de polarité. Utilisé pour créer des liaisons C-C : squelette de molécules. Intermédiraire
réactionel très sensible aux conditions. Réagi avec l’eau…Contrainte de manipulation.
Bien préciser à chaque l’organométallique, si c’est un halogénure ou pas, les différentes précautions
opératoire.
I.
Synthèse d’un organométallique
JCE 1986 p 92
Non purifié
Réactifs :
quantité divisée
par 10
Solvants :quanti
té divisée par 5
- montage pour RMgX
sous N2
- ajout goutte à goutte
dosage
1h
-
Hotte
Discussion conditions stricte de manipulation éviter la présence d’eau et de O2. Verrerie sèche, garde
ou atmosphère inerte. Condition solvant de stabilisation. Addition goutte à goutte Wurtz.
Transition : les oraganomagnésiens correspondent à des intermédiaires de synthèse important et
couramment utilisés en synthèse organique. Réagissent avec de nombreuses classes de composés tels
que les aldéhydes… Mais avant il faut doser l’organomagnésien formé.
II.
Réactivité d’un organométallique
a) Propriété basique
On l’a dosé en préparation mais comme il n’est pas stable on a pu le conserver pour recommencer ici.
Comme c’est une propriété générale aux organométalliques, montrons –le sur un autre type.
JD 8
solide
On montre tout
Chgt de
0,5 h
+
Hotte
Ajout à la seringue.
couleur !
Fuxa p 49 ;
En plus : BUP
629, Foulon, p
En phase
liquide
- dosage sous N2
dosage
1h+1h
-
Hotte
333
Transition : Maintenant que l’on connaît la concentration on va pouvoir effectuer l’addition
nucléophile, pour introduire la Matsutake
b. Propriété nucléophile
JCE 1986
p 92
liquid
e
- extraction
- lavage
- microdistillation poss
Réactifs : quantité divisée par 10
Solvants :quantité divisée par 5
Acroléine agent lacrymogène, CaCl2
remplacé par Na2SO4
Tenter une CCM Hexane acétate
d’éthyle pour dre la réaction est fini !
IR, indice
de
réfraction
1h30
+ Hotte
Discussion régioselectivité de l’attaque à l’aide des IR (mou dur).
Transition : Les organométalliques avec les métaux du bloc d sont très utilisé en catalyse. Ces
derniers forment des complexes avec les molécules organiques et permettent de faire des couplage et
donc l’allongement de chaîne carboné. Très importante en synthèse totale convergente.
III. Utilisation en catalyse homogène
JD 102 ;
BUP 2004
p. 163
solide
-
Réaction
Extraction
Filtration
Point de fusion,
IR, CCM
h
+
Hotte
Conclusion
Les organométalliques très utilisé en chimie. Précautions d’emploi. Immense importance de la catalyse
homogène.
Manip de secours
Réaction de Heck Fuxa p. 107, JD 36 (synthèse d’un cuprate lithié), JD 32 (synthèse d’un
organomagnésien)
MO 26
Dérivés halogénés.
Introduction :
Définir: élément halogène (élément=concept, pas de propriétés!) corps simple (dihalogènes) ions
(halogénures) corps composés (ex: chlorates) . On peut choisir de ne pas parler de ces derniers
Evoquer les isotopes, mais n influencent pas la réactivité
Présentation de la colonne des halogènes configuration électronique. Pourquoi on ne considère que Cl,
I et Br. F toxique, corrosif (verrerie spéciale) et As radioactif, rare (44mg dans tout le premier
kilomètre de la croûte terrestre). On ne considère que les degrés 0 et –I.
Place dans la classification périodique. Famille: propriétés similaires, mais évolution au sein d'une
colonne! Connaître les évolutions de l'électronégativité, et des rayons atomiques dans une colonne (les
mettre sur papier !)
Manipuler avec précaution sous hotte des X2 , avec gants nitriles et cristallisoir de thiosulfate de
sodium (réducteur des X2) ou NaOH ( formation des corps composés non toxiques, voir diagramme
potentiel pH)
Plan : même colonne, donc même type de réactivité chimique et de propriétés physicochimiques, donc
des caractères généraux en commun qualitatifs….mais des nuances, que nous montrerons dans la
deuxième partie quantitative ou comparative
I.
Synthèse d’un dérivé halogéné
1. Bromation en alpha d’un carbonyle
JD 75
Solide
Bromation avec Br3- Réaction
- Filtration
IR, Tf
1h
+
Hotte
Produit irritant
IR on a la C=O, et éventuellement s’ils posent la question la CBr
Explication
En milieu acide, l’énol est le nucléophile et attaque Br3-, mais une fois que l’on a effectué la
bromation, on ne trouve plus la forme énole car le brome pompe trop la densité électronique. On n’a
donc qu’une monobromation. Le réactif Br3- est chargé négativement, mais c’est un électrophile, il va
donc être plus sélectif que Br2 et ne va par réagir sur le cycle aromatique (sans doute à cause d’une
répulsion coulombienne entre électrons)
Attention si on attend trop le solide peut se redissoudre dans le milieu
Transition : application…
2.Test iodoforme
En milieu acide, on vient de voir que mono, et en milieu basique…
Blanchard
p293
Manip tubes à essai test Tf
iodoforme, caractéristique de
C=O
Ne pas diluer l’eau de Javel
30min,
solide
Manip : on mélange la solution de NaOCl et celle d’iodure, on voit apparaître un solide jaune. Sur un
tube déjà prêt, on filtre la suspension et on sèche le produit. La température de fusion est caractéristique
Explication
Mécanisme dans les livres de prépa 2e année (ex Tec et 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.
II.
Réactivité des dérivés halogénés
a. Substitution nucléophile aliphatique
Blanchard
p.167
Daumarie p.71
brut
- préparation
- suivi
conductimétrique
2h30
-
Hotte
b. Insertion dans la liaison C-X
JCE 1986 p 92
Réactifs :
quantité divisée
par 10
Solvants :quanti
té divisée par 5
Non purifié
- montage pour RMgX
sous N2
- ajout goutte à goutte
dosage
1h
-
Hotte
Discussion conditions stricte de manipulation éviter la présence d’eau et de O2. Verrerie sèche, garde
ou atmosphère inerte. Condition solvant de stabilisation. Addition goutte à goutte Wurtz.
Fuxa p 49 ;
En plus : BUP
629, Foulon, p
333
JCE 1986
p 92
En phase
liquide
liquid
e
- dosage sous N2
dosage
- extraction
- lavage
- microdistillation poss
Réactifs : quantité divisée par 10
Solvants :quantité divisée par 5
Acroléine agent lacrymogène, CaCl2
remplacé par Na2SO4
Tenter une CCM Hexane acétate
d’éthyle pour dre la réaction est fini !
1h+1h
IR, indice
de
réfraction
1h30
Discussion régioselectivité de l’attaque à l’aide des IR (mou dur).
Conclusion
Très important en chimie organique, de bon intermédiaire de synthèse.
Autres réactivités : élimination, monomère (chlorure de vinyle), solvant (DCM)
Manip de secours
Substitution nucléophile aliphatique JD 94, Blanchard p. 198
Bromation d’un alcène Blanchard p. 182, JD 28
Réduction de Luche JD 30
Synthèse d’un organomagnésien JD
-
Hotte
+ Hotte
JCE 1986 p 92
Non purifié
Réactifs :
quantité divisée
par 10
Solvants :quanti
té divisée par 5
- montage pour RMgX
sous N2
- ajout goutte à goutte
dosage
1h
-
Hotte
Discussion conditions stricte de manipulation éviter la présence d’eau et de O2. Verrerie sèche, garde
ou atmosphère inerte. Condition solvant de stabilisation. Addition goutte à goutte Wurtz.
Fuxa p 49 ;
En plus : BUP
629, Foulon, p
333
JCE 1986
p 92
En phase
liquide
liquid
e
- dosage sous N2
dosage
- extraction
- lavage
- microdistillation poss
Réactifs : quantité divisée par 10
Solvants :quantité divisée par 5
Acroléine agent lacrymogène, CaCl2
remplacé par Na2SO4
Tenter une CCM Hexane acétate
d’éthyle pour dre la réaction est fini !
1h+1h
IR, indice
de
réfraction
Discussion régioselectivité de l’attaque à l’aide des IR (mou dur).
-
1h30
Hotte
+ Hotte
MO 27
Diènes
Introduction :
Diène deux doubles liaisons C=C. Pas nécessairement conjugué et allène.
I.
Synthèse d’un diène
Horner-Wadworth-Emmons
Blanchard-Desce solide
- ajout sur bain de
p 375
glace
Dupont-Durst p.
- filtration
479
II.
JD 38
IR, Point de
fusion, CCM,
1h30
-
Hotte
Réactivité des diènes conjugués
Liquide
-
Réaction
Hydrolyse
Extraction
Evaporation
CPV, indice de
réfraction,
CCM, IR
3h
++
Hotte
* Mode opératoire
Attention les sels d’étain alourdissent la phase aqueuse ! qui se retrouvent en dessous du DCM.
Possibilité de séparer endo/exo avec colonne et fractions de 10 mL
Rajouter deux fioles de gardes contenant de la 2,4-DNPH après le rota !!!!!!! Piège à methyl vinyl
cétone !! En sortie de pompe
* Discussion
On obtient 4 racémiques que l’on voit en CPV, discussion sur la régiosélectivité.
III. Réactivité des diènes non conjugués
a. Cycloaddition [2+2] intramoléculaire
Actualité
chimique, juin
2000 p 28
solide
- irradiation
IR, Point de
fusion, UV,
CCM
b. Compétition
Epoxydation régiosélective de la carvone
JD 21
liquide
- Réaction
- Extraction
3h
++
Hotte
IR, CPV (JD
21, P=0,8 bar),
indice de
réfraction,
CCM
Justification : les deux liaisons peuvent subir une époxydation, elles ont toutes deux un comportement
d’alcène bien que l’une des deux ne soit pas totalement double.
Conclusion
Polymérisation (terpène -> caoutchouc)
Transposition (Claisen, Cope, Oxy-Cope,…)
Manip de secours
MO 28
Composés aromatiques
Biblio : Voet pour porphyrine, Perrin pour industrie
Introduction :
Un composé aromatique définition plan dont les électrons sont délocalisée 4n+2, mais aujourd’hui
RMN ! Avantage : gain énergétique du à la délocalisation
Pourquoi le chimiste veut-il synthétiser des molécules aromatiques ?
Synthèse de molécules naturelles cycles aromatique (ex dérivé de la porphyrine dans l’hème de
l’hémoglobine, vitamine B12…) ou molécule d’intérêt. Enjeu faire de la substitution sur les cycles
benzénique stable à priori… casser l’aromaticité. Grande inertie chimique ! (hydrogénation)
I.
Synthèse d’un composé aromatique
Fuxa p.175
solide
- réaction en phase
solide (alumine)
CCM, IR
rapide
-
Hotte
On disperce de la dicétone sur de l’alumine neutre par agitation. On refroidit, on ajoute goutte à goutte
la benzyleamine. Les réactifs s’adsorbent à la surface. On laisse une heure et on désorbe au DCM.
Evaporation. Contrôle par CCM
II.
Réactivité d’un composé aromatique
a. Substitution électrophile aromatique
JD n°55 (mise en
œuvre) n° 92
(traitement)
liquide
- lancement de la
manip (bulles)
- extraction
- lavage
CCM (suivi
possible), indice
de réfraction,
CPV, IR
1h30
+ Hotte
+
Discussion qu’est-ce qu’une extraction. Expliquer la SEAr, qui est l’électrophile justifier que l’on fait
qu’une seule addition. Régiosélectivité de la réaction s’explique par les états de transition et
l’intermédiaire de Welland.
Transition : il est possible aussi de faire agir un nucléophile sur le cycle riche en électron, un peu à la
manière d’une substitution nucléophile sur un carbonyle
b. Substitution nucléophile aromatique
DupontDurst p.
460
solide
-
réaction
filtration
recristallisation
dans l’acetate
d’éthyle (mais
longue)
Point de fusion,
IR, test de la
2,4-DNPH
1h
++
Hotte
Rajouter barboteur à Soude et fiole de garde, remplacer erlenmeyer par ballon + réfrigérant car
dégagement de HCl !
III. Application à la synthèse d’un macrocycle aromatique par SEAr
Synthèse orga,
une approche
exp, Fuxa
p.182
solide
- microdistillation
sous pression réduite
- filtration sur fritté
UV, CCM, IR
Proportion:
1/4
Conclusion
Grand intérêt mais très toxique car intercalant. Pas bon pour la planète.
Porphyrine peut être synthétiser par SEAr de pyrrole.
Manip de secours
Extraction de l’antéhol (Mesplède p. 194)
Oxydation de l’hydroquinone (Blanchard p. 214)
Nitration du toluène (Blanchard p. 135)
Réaction de Sandmeyer (JD 77)
Synthèse de porphyrine (Fuxa p. 182)
2h30
-
Hotte
MO 29
Chromatographies
Biblio en plus : Skoog, Chavanne
Introduction :
Au cours d’une synthèse organique, le chimiste souhaite suivre l’évolution de la réaction. En fin de
réaction, le chimiste obtient fréquemment des mélanges réactionnels qu’il souhaiterait purifier. Les
séparations jusqu’au milieu du vingtième siècle étaient basées sur l’utilisation de techniques classiques
comme la précipitation, la distillation ou l’extraction. Actuellement, on se tourne de façon quasisystématique vers des séparations effectuées par chromatographie. Elle a été source de nombreux prix
nobels, dont delui de A.J.P. Martin et R.L.M. Synge (invention de la chromatographie de partage).
Principe : technique qui permet de séparer des composés grâce à la différence d’affinité à l’égard de
deux phases : la phase mobile et la phase stationnaire. Le composé est transporté par la phase mobile
(gaz ou liquide) à travers une phase stationnaire (solide ou liquide)
I.
Chromatographie analytique
1. Chromatographie en phase gazeuse
Blanchard
p.135
Vernin
p.125
Nitration du toluène avec HNO3 dans
H2SO4 conc.
Extraction
On obtient 60% d’ortho, 40% de méta
Ajout de 1ml au lieu de 10 gouttes de
toluène
Utiliser un étalon : le nonane, on peut
injecter o et p ensemble
CPV sur SE30 (presque 2h30
conditions de l’octanal,
210°C et 120 °C),
(lavages ?)
Hotte
Condition dans le JCE
Principe : partage
Phase : mobile : gaz vecteur (chimiquement inerte : He, Ar,N)
Stationnaire : greffée, apolaire
Information : temps de rétention en fonction de la température d’ébullition
Nitration du toluène, jouer sur la pression, c’est plus rapide pour améliorer la séparation, introduire
l’étalon interne
Manip : Faire les lavages (ajout d’éther, on solubilise le toluène nitré) on neutralise la phase organique
avec Na2CO3 (la phase aqueuse change de coloration : serait-ce de l’acide nitreux ?) et injecter en
CPV. On fait varier la colonne, la température (95°C vers 120°C), et la pression du gaz vecteur (1 bar
à 1,4 bar).
Explication : Parler du système d’injection de l’échantillon, four et colonnes (remplies ou capillaires),
systèmes de détection. (Skoog) NB on peut parler de la régiosélectivité intéressante, avec les
proportions statistiques et les proportions obtenus.
Existe sous forme de chromatographie avec une phase liquide immobilisée
Faire la CCM (brut, toluène codépôt)
Transition : on peut la coupler avec des méthodes spectroscopiques optiques ou de masse.
2. Chromatographie sur couche mince
Principe : adsorption
Phase : mobile : solvant + ou – polaire
Stationnaire plaque de silice
Chimie du petit déjeuner p
271
Florilège de chimie
pratique p. 159
solide
- piler les épinards
- extraire au DCM,
évaporer
- colonne d’alumine
- évaporer
UV,
CCM
2h
-
Hotte
Solvants : 90/10 ether de
pétrole AcOEt, 90/10
DCM, MeOH
Sur la préparation : on broye des épinards avec EtOH pour enlever l’eau et tous les autres composés
hydrosolubles, on extrait avec CH2Cl2 les pigments
On teste plusieurs solvants et on voit l’effet. Discussion.
Transition : On utilise la CCM pour avoir une indication du système de solvants à employer.
II.
Chromatographie préparative
1.
Colonne chromatographique
Principe : adsorption
Phase : mobile système de solvant, stationnaire silice
Différentes sortes de colonnes possibles, silice, glucose
Chimie du petit déjeuner p
271
Florilège de chimie
pratique p. 159
solide
- piler les épinards
- extraire au DCM,
évaporer
- colonne d’alumine
- évaporer
UV,
CCM
2h
-
Hotte
Solvants : 90/10 ether de
pétrole AcOEt, 90/10
DCM, MeOH
Manip : On montre la CCM comme transition. On utilise directement le bon éluant, on montre les
anneaux.
Bien tasser la colonne qui est déjà montée, sécher le sable (être capable de justifier la présence de sable
en haut et en bas de la colonne), verser une petite quantité (la plus petite possible)
Explication : On explique la sélection des échantillons. Puis on caractérise les produits.
2.
Colonne échangeuse d’ions
Principe : échange d’ion
Phase : résine échangeuses de cations ou d’anions
Méthodes modernes et efficaces de séparation et d’identification des ions à l’aide de résines
échangeuses d’ions. Elle a conduit à des méthodes automatiques de séparation et détection d’acides
aminés.
BUP 11/1984 Séparation des aa avec une colonne Conditionnement de la 3h
(n°668)
anionique qui retient la cation. Sargenor résine,
filtration,
contient de l’acide aspartique et lavages
argmine. pH3,3 argimine passe, pH12
l’acide passe.
Prendre la résine « H+ donor » et EtOH
longues et révélées à la ninhydrine
Dans les premières fractions, on sort l’acide aspartique (faire CCM pour comparer) et le dernier
l’arginine qui ne migre pas.
Conclusion
On a vu l’utilité de la chromatographie, une dernière, la HPLC. Couplé des méthodes de
chromatographie avec des méthodes de détection, par exemple spectromètre de masse.
MO 30
Etudes de composés naturels
Biblio : Paul Arnaud, le Clayden
Introduction :
On va s’intéresser à l’étude de composés naturels, c’est-à-dire qui n’ont pas subit de modifications
synthétiques. Pourquoi s’y intéresser ? Pour comprendre leur rôle dans les divers organismes et pour
essayer d’identifier leur fonctions qu’il pourrait être intéressant d’établir à travers des synthèses
biomimétiques. On peut distinguer plusieurs catégories de composés, et nous allons au cours de ce
montage étudier les glucides, les acides aminés les terpène et les glucides que l’on peut trouver dans les
agrumes.
Transition : comment obtenir les molécules à étudier ?
I.
Obtention de composés naturels
Famille étudiée : les terpènes (vient de l’unité isoprène)
Chimie des
odeurs et des
couleurs p 207
liquide
hydrodisillation
extraction
IR, indice de
réfraction,
pouvoir
rotatoire
2h30
+ Pas de
hotte
On fait deux montages de distillations (pas de vigreux) en calorifugeant bien les ballons (Trois oranges
et trois citrons, dont on récupère l’écorce, on la broye, on la met avec de l’eau chaude dans un grand
ballon, 250mL ou moiex 500mL) On suit l’évolution de la température, le mélange passe à 100°C. On
récupère un peu d’huile essentielle par décantation (pas assez pour sécher).
Manip : On prend un indice de réfraction que l’on compare au produit commercial pour déterminer la
pureté du produit. On peut aussi comparer les spectres IR. On prépare les solutions pour la
polarimétrie, ce qui nous permet de distinguer la quantité de + et – limonène grâce à la loi de Biot
Explication
On trouve 66 du (+) et 34 % du (-) dans le citron et 80% du (+) et 20% du (-) dans l’orange. D’où
l’odeur. Prendre la valeur du Handbook : 125 pour le pouvoir rotatoire et non 106.
Transition : pour étudier un composé, on peut vouloir identifier ces composants.
II.
Propriétés de composés naturels
1.
Les acides aminés
Famille étudiée : les acides aminés (bloc de base des protéines)
Chimie petit
dej p. 71
- 3 aa fournis
- On les spot sur du papier Whatman
préalablement imbibé d’une solution
conductrice. (3 capillaires !)
- Mettre des gants pour éviter de
mettre des aa
- On place le papier dans une cuve à
électrophorèse
2h de
migration
5 mA,
200 V
Pas de hotte sauf pour
la révélation à la
ninhydrine (il faut y
aller !) et sécher au
sèche-cheveux
pendant 3 min très
proche
* Principe :
Méthode de séparation des constituants d’un mélange en solution ; elle repose sur leur différence de
vitesse de migration lorsqu’ils sont placés dans un champ électrique. Cette méthode s’applique aux
espèces chargées.
Selon le pH, les acides aminés sont porteurs de charge différente sous forme d’anions, de cations ou de
zwittérions. Sous l’effet d’un champ électrique, ils migrent donc de façon différente puisque le sens et
l’intensité de la force électrique de migration dépendent de leur charge. A pH égal au point
isoélectrique, il n’y a pas de migration électrophorétique car la molécule est sous forme zwittérionique,
globalement neutre.
La vitesse de migration est liée à la mobilité u de chaque ion et aux interactions (adsorption) avec la
phase stationnaire. Par ailleurs, le déplacement d est proportionnel à la différence de potentiel
appliquée et au temps de migration : d = u*E*∆t
* Expérience :
Dépôt de spot sur papier humidifié d’une solution tampon de phosphate pour maintenir le pH et assurer
le contact électrique. Il faut que le papier reste humide ! sinon plus de contact électrique.
La solution électrolytique fixe le Ph. Il faut choisir un pH pour lequel les charges des différents
constituants à séparer sont les plus différentes possible. La solution électrolytique fixe la force ionique.
Plus elle est grande, plus faibles sont le champ électrique et la mobilité des ions, la migration
électrophorétique est donc ralentie. En même temps les ions de la solution sont nécessaires pour
véhiculer le courant. Un compromis doit donc être réalisé.
On trempe le papier dans un tampon Na2HPO4/KH2PO4 et on dépose un gros capillaire de jus de citron
ainsi que trois acides aminés, la leusine, la lysine et l’acide aspartique (avec des gants pour ne pas
contaminer la plaque). Après migration sous l’effet du champ électrique (parler du point isobestique et
donc de la charge des acides aminés lorsqu’ils migrent) on révèle à la ninhydrique qui réagit sur les
amines primaires pour donner un composé bleu violet.
* Application :
Séquençage de l’ADN
Transition : étude d’une dernière famille
2.
Les sucres
Famille étudiée : les glucides (pratique pour stocker de l’énergie)
BUP
774 On dose le glucose libre et le Test tube à essai, Dosage 3h (avec
p957,
glucose
contenu
dans
du en retour
des temps
Tomasino spé saccharose pour un jus de citron
d’attente)
p114
On montre qu’il faut se méfier du dosage colorimétrique et forcément de mettre en milieu acide (cf les
encres invisibles) car en milieu basique on forme IO3-.
On dose tout d’abord le glucose libre en l’oxydant par I2 en excès, on obtient le gluconate (à un pH
12,5 et dans l’obscurité). On se place en milieu acide et on dose ensuite le diiode par du thiosulfate
(dosage en retour) et on a accès à la quantité de glucose libre. On va hydrolyser le saccharose en
glucose (étape qui a a priori pas très bien marcher, à chaud en milieu acide). On refait les étapes
précédentes ce qui nous permet d’obtenir la quantité totale de glucose après hydrolyse et donc de
remonter à la quantité de saccharose. On peut mentionner le fait que l’emploi d’amidon (thiodène) est
aussi un polymère de sucres !
Attention : prendre de la soude diluée (risque d’isomérisation du glucose en fructose, de polymérisation
des monosaccharides), pas mettre trop de I2 sinon on oxyde le gluconate
Conclusion
On n’a pas parlé au cours de ce montage des blocs élémentaires que sont les acides nucléiques. Les
nucléosides sont également des cibles de synthèses, ils sont modifiés pour déterminer le rôle de chaque
élément, ou pour tester une séquence particulière. Les nucléosides modifiés interviennent d’ailleurs
dans le traitement contre le sida, il s’agit d’antiviraux. (Clayden p1351)
On a souvent recours à la synthèse des composés organiques naturels pour mieux comprendre leurs
propriétés.
MO 31
Réactions de formation de cycles en chimie organique
Introduction :
Définition : un cycle correspond à une chaine carbonée reliée à ses extrémités.
Il existe deux types de cycles : les cycles homogènes et hétérogènes.
Les cycles homogènes ne possèdent que des carbones comme élément principal (sans se
préoccuper des éléments en périphérie, liés à ces carbones). (ex : le benzène, très utilisé dans
l’industrie)
Les cycles hétérogènes possèdent d'autres éléments que du carbone dans le cycle central. On
peut retrouver, par exemple, de l'oxygène ou de l'azote (ex : la pyridine).
Intérêt des cycles : rigidification des molécules, réactivité particulière
Nécessité de synthèse : les molécules naturelles sont intéressantes à synthétiser car présentent des
propriétés médicinales ou encore des odeurs particulières. Cependant, ces molécules présentent souvent
des cycles de toutes tailles. Le chimiste doit pouvoir les synthétiser, les techniques varieront selon la
taille du cycle.
I.
Formation d’un petit cycle
On cherche à former ici un hétérocycle à trois chaînons (2 C et 1 O)
Intérêt : la fragmentation des alpha-époxycyclanone, via leur tosylhydrazone, en cétone acétyléniques
est une réaction importante de ces composés, qui, lorsqu’elle est réalisée en présence de silice activée,
est d’une efficacité exceptionnelle (95 % rdt sur les deux étapes)
JD 21
liquide Manip en
Extraction,
système
lavage (avec
biphasique avec
neutralisation),
transfert de phase
IR, CCM, réfracto,
CPV (cf 22 avec
0,8 bars)
2h
hotte
Attention, ici on a pu faire une réaction régiosélective. En effet, on a attaqué une double liaison
électrophile par un réactif nucléophile. Pour attaquer l’autre double liaison, il aurait fallu utiliser un
réactif électrophile, comme le MCPA
De plus, il y a attaque préférentielle supposée même si on peut pas le démontrer.
Transition : Ici on avait apporté un atome d’oxygène pour former un cycle, pour des plus gros cycles,
on va réunir deux fragments plus importants comme dans la Diels-Alder
II.
Formation de cycles communs
On cherche à former ici un cycle à six chaînons (6 C)
Actualité
Solide
chimique
juin2000,
Fieser p185
Distillation pf, CCM, IR,
Réaction
UV
filtration,
+++
hotte
Ici, pas de problème de régiosélectivité, on forme deux produits possibles (endo, exo). Endo plus
stables grâces aux interactions orbitalaires secondaires mais on peut pas le montrer.
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 macrocycles
On cherche à former ici un cycle à ???? chaînons
Intérêt : se retrouve dans de nombreux complexes dans le corps humain (chlorophylle avec Mg,
hémoglobine avec Fe)
Fuxa p182
Quantité/2
Correcteur dit
par 10
solide
Distiller le pyrrole,
UV, IR,
réaction
CCM
benzaldéhyde+pyrrole
distillé
Filtration
4h
++
hotte
Dilution pour favoriser cyclisation.
Pourquoi solution noire ?
Oxydation à l’air, pourquoi pas DDQ ?
Produit vert, pas oxydé.
UV : bande de soret, bande Q
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)
Manip de secours : coumarine, knovaengel, JD 38
MO 31
Réactions de formation de cycles en chimie organique
PLAN
Introduction
Intérêt des cycles : rigidification des molécules, réactivité particulière
Nécessité de synthèse : présence de cycles de toutes tailles dans les molécules naturelles, le chimiste
doit pouvoir les synthétiser, les techniques variront selon la taille du cycle.
I.
Formation d’un petit cycle
Epoxydation de la carvone
II.
Formation d’un cycle commun
Etude de la réaction de Diels-Alder
On peut ajouter une lactonisation
III.
Formation d’un macrocycle
Synthèse d’une porphyrine
Conclusion : on peut avoir besoin de former des molécules polycycliques comme les stéroïdes
MANIP
Epoxydation de
la carvone
JD21
Manip en système
biphasique avec
transfert de phase
Etude de la
réaction de
Diels Alder
JD 38
Justification de
la règle de
l’endo
Synthèse de la
porphyrine
JD27
Pas nécessaire de
travailler sous N2, ni
distiller.
L’évaporateur doit
être relié à un
barboteur de
2,4DNPH
NE MARCHE PAS
Fuxa p182
Quantité/2
Correcteur dit
par 10
Lactonisation
JD 91
(mécanisme
ICO)
Extraction,
lavage (avec
neutralisation),
CCM (pentane
ether 70/30,
UV), IR
Lavage à cause
de l’acide de
Lewis SnCl4,
CPV (210, four
180)
2h
2h30
Distiller le pyrrole,
réaction
benzaldéhyde+pyrole
distillé
UV, filtration,
lavage, IR,
reflux,
lancement
4h
Synthèse d’une
coumarine
Filtration pf, IR
3h
Changer la Diels-Alder : l’étude de la sélectivité n’est pas convainquante, ex Actualité chimique
juin2000, Fieser p185 (distillation filtration, pf, lancement de manip)
MO 32
Analyse de mélanges, séparation et purification en chimie organique
Introduction : une méthode très répandue est la chromatographie, que ce soit la CCM la CPG ou la
colonne de silice. Elle est le sujet d’un montage en soit, et on va donc s’intéresser plus particulièrement
à d’autres techniques, parfois un peu moins universelles.
I.
Analyse de mélange
Chimie petit
dej p. 71
- 3 aa fournis
- On les spot sur du papier Whatman
préalablement imbibé d’une solution
conductrice. (3 capillaires !)
- Mettre des gants pour éviter de
mettre des aa
- On place le papier dans une cuve à
électrophorèse
2h de
migration
5 mA,
200 V
Pas de hotte sauf pour
la révélation à la
ninhydrine (il faut y
aller !) et sécher au
sèche-cheveux
pendant 3 min très
proche
* Principe :
Méthode de séparation des constituants d’un mélange en solution ; elle repose sur leur différence de
vitesse de migration lorsqu’ils sont placés dans un champ électrique. Cette méthode s’applique aux
espèces chargées.
Selon le pH, les acides aminés sont porteurs de charge différente sous forme d’anions, de cations ou de
zwittérions. Sous l’effet d’un champ électrique, ils migrent donc de façon différente puisque le sens et
l’intensité de la force électrique de migration dépendent de leur charge. A pH égal au point
isoélectrique, il n’y a pas de migration électrophorétique car la molécule est sous forme zwittérionique,
globalement neutre.
La vitesse de migration est liée à la mobilité u de chaque ion et aux interactions (adsorption) avec la
phase stationnaire. Par ailleurs, le déplacement d est proportionnel à la différence de potentiel
appliquée et au temps de migration : d = u*E*∆t
* Expérience :
Dépôt de spot sur papier humidifié d’une solution tampon de phosphate pour maintenir le pH et assurer
le contact électrique. Il faut que le papier reste humide ! sinon plus de contact électrique.
La solution électrolytique fixe le Ph. Il faut choisir un pH pour lequel les charges des différents
constituants à séparer sont les plus différentes possible. La solution électrolytique fixe la force ionique.
Plus elle est grande, plus faibles sont le champ électrique et la mobilité des ions, la migration
électrophorétique est donc ralentie. En même temps les ions de la solution sont nécessaires pour
véhiculer le courant. Un compromis doit donc être réalisé.
On trempe le papier dans un tampon Na2HPO4/KH2PO4 et on dépose un gros capillaire de trois acides
aminés, la leusine, la lysine et l’acide aspartique (avec des gants pour ne pas contaminer la plaque).
Après migration sous l’effet du champ électrique (parler du point isobestique et donc de la charge des
acides aminés lorsqu’ils migrent) on révèle à la ninhydrique qui réagit sur les amines primaires pour
donner un composé bleu violet.
* Application :
Séquençage de l’ADN
II.
Séparation d’un mélange de 3 composés
Acide benzoïque, chlorobutane, toluene Daumarie p149
Daumarie
150
Solide,liquide On mélange l’acide
benzoïque, le toluène et
le chlorobutane
++
Hotte
1. Par extraction et sublimation
Première méthode de séparation, l’extraction. On a un mélange dans l’éther et on extrait par une
solution d’hydrogénocarbonate. L’acide benzoique est déprotonée et passe en phase aqueuse. Tandis
que le reste, reste en phase organique. Comment le démontrer ?
Dans la phase aqueuse, on rajoute NaCl (on sature pour aider à la précipitation) ainsi que HCl (pour
reprotoner l’acide benzoique qu’il soit sous sa forme neutre) et il précipite ! Pour le caractériser, il faut
le séparer des autres impuretés par sublimation. On fait un point de fusion. C’est bon, c’est bien l’acide.
Maintenant qu’est-ce qu’il y a en phase orga ?
2. Par extraction et distillation
Pour séparer le toluène du chlorobutane, on utilise la distillation. On sèche le mélange sur sulfate de
magénsium anhydre, ensuite on évapore l’éther. Puis on distille sous pression réduite, les deux
composés. On les caractérise par leur température d’ébullition.
III.
Purification d’un solide
JD n°90
solide
- mélange intime des
deux solides
- lavage
- recristallisation
Point de fusion,
IR, CCM
1h
-
Hotte
Explication
Deux choses à contrôler après recristallisation : la pureté et le rendement
Configuration E obtenue lors d’une aldolisation croisée crotonisation.
Intérêt de la réaction de crotonisation dans le monde industriel. Intérêt des chalcones (activité
pharmaceutique très variée)
Conclusion
Séparation d’énantiomères
MO 33
Réactions de formation de liaisons simples C-C
Introduction :
Pour synthétiser des nouvelles molécules, synthèse convergente nécessite la création de liaison C-C,
mais peu polaire et peu réactive. Un défi que les chimistes ont relevé, en mettant au point des stratégie
de synthèse
I.
Mécanisme ionique
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.
JD 94
liquide
-
réaction
extraction
évaporation
CCM, CPV
1h
++
Hotte
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-.
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)
Produit pas pur (CCM : pentane/éther) : reste un peu de réactif
0,28 réactif (0,30)
0,74 produit (0,7 dialkylé et 0,5 monoalkylé)
CPV (une goutte du produit dans 1 mL d’éther) : pour avoir monoalkylé et dialkylé
Transition : création d’une liaison, on peut en faire plus en même temps
II.
Mécanisme concerté
Actualité
Solide
chimique
juin2000,
Fieser p185
Distillation pf, CCM, IR,
Réaction
UV
filtration,
+++
hotte
Ici, pas de problème de régiosélectivité, on forme deux produits possibles (endo, exo). Endo plus
stables grâces aux interactions orbitalaires secondaires mais on peut pas le montrer.
Laver la verrerie qui a été en contact avec le cyclopentadiène avec du permanganate de potassium.
Explication : Le cylopentadiène ne peut pas être conservé. On doit faire la réaction de craquage du
dicylopentadiène. La benzoquinone possède des impuretés vertes et noires, liée au pi stacking avec la
forme réduite.
Cycloaddition par voie thermique, possible de continuer 2+2 par voie photochimique
OU
JD 38
Liquide
-
Réaction
Hydrolyse
Extraction
Evaporation
CPV, indice de
réfraction,
CCM, IR
3h
++
Hotte
* Mode opératoire
Attention les sels d’étain alourdissent la phase aqueuse ! qui se retrouvent en dessous du DCM.
Possiblité de séparer endo/exo avec colonne et fractions de 10 mL
Rajouter deux fioles de gardes contenant de la 2,4-DNPH après le rota !!!!!!! Piège à vinyl
cétone !!
* Discussion
On obtient 4 racémiques que l’on voit en CPV, discussion sur la régiosélectivité.
III. Mécanisme radicalaire
JD 11 ; JD
41
solide
-
Réaction
Extraction
Filtration
CCM, IR
2h
++
Hotte
Manip : On verse dans l’éthanol et on constate une précipiation, on filtre et on réalise une CCM.
Explication
Donner le mécanisme radicalaire. On a fait une droite d’étalonnage avec des polymère de masses
molaires connues et on remonte ainsi à la masse molaire du notre, Calcul du rendement.
Eventuellement parler de la viscosimétrie pour caractériser un polymère.
Conclusion
Un grand arsenal mis au point par les chimistes qui témoigne de l’importance de cette réaction.
Un grand enjeu contrôle de la stéréosélectivité (copules d’Evans, énolates de bore…)
La réaction de Suzuki, décrite en 1981, est la plus efficace et la plus utilisée des liaisons pour créer une
liaison simple C-C entre deux systèmes aromatiques.
JD102
Couplage de Suzuki
(BUP 2004,
p163)
Réaction,
extraction, 2h30
filtration, point de fusion,
IR (pas top), CCM (même
un suivi), recristallisation
possible
Manip : On montre l’extraction et les lavages. L’AcOEt est moins dense que l’eau. On élimine toute
trace d’acide de la phase organique avec le lavage au carbonate
pKa : 9 pour l’acide boronique, 10 pour le carbonate
On lave avec NaCl saturé pour faire un pressechage. CCM, Tf
Explication : la réaction de Suzuki est fréquemment utilisée pour unir des synthons de molécules
complexes lors de synthèse convergentes : deuxième fois que l’on rencontre la création d’une liaison
C-C dans le montage.
Catalyse homogène (avantage/inconvénients), on se place sous pseudo-azote (ie mettre un ballon, mais
on peut tout de même ouvrir le montage). On forme le catalyseur in situ (0,03 éq !), le PPh3 permet de
réduire le Pd
Trace d’homocouplage de l’acide boronique
Le produit synthétisé est un inhibiteur de la caroténogénèse, obtention d’un composé bicyclique est
intéressante.
MO 33
Réactions de formation de liaisons simples C-C
PLAN
I-
Mécanisme ionique
On peut ajouter C-alkyalation
IIMécanisme concerté
Par la réaction de Diels Alder
IIICatalyse par les métaux de transition
Par la réaction de Suzuki
Conclusion mécanisme radicalaire (polymérisation)
MANIP
Matsutake
JCE 86 p92
Diels-Alder
Suzuki
Actualité
chimique
juin2000 p28
JD102
BUP 868 p170
C-alkylation
JD94
Diels Alder
Fieser
Williamson
JD 89
Réaction de
Claisen
Formation d’un
magnésien et
réaction sur
l’acroléine
Lancement,
dosage possible
2h30
Remplacer
l’hexane par
cyclohexane ou
éther de pétrole
Point de fusion,
lavages EtOAc,
Na2CO3
saumure
3h30
Agent de
transfert de
phase
CPV, lavages,
lancement
2h
Aldolisation
condensation
Filtration,
2h
lavage, ir
Recristallisation, 1,5
CCM, pf, IR
EN PLUS
Montage trop court : tout Diels-Alder pas nécessaire
On peut ajouter : une réaction avec un mécanisme ionique : SN (alkylation d’un beta cétoester), SEAR
(acylation du ferrocène Blanchard), Couplage Heck (fuxa), radicalaire polymère (moyen moins, à
garder en conclusion)
Autre plan (florence)
I-
IIIII-
mécanisme ionique
i. Sn
ii. SE
Mécanisme radicalaire
Mécanisme concerté (Diels Alder)
I.
Formation d’une liaison (Sn, SeAr, catalyse)
II.
III.
Formation de 2 liaisons
Formation de n liaison (polymérisation)
(pleins de manips en plus à regarder)
MO 34
Réactions de formation de liaisons doubles C=C
Biblio: ICO, Clayden
Introduction : Les doubles liaisons, constituées d’une liaison sigma et d’une liaison pi se retrouvent
dans de nombreux composés d’origine naturel (limonène…). Il est donc important de pouvoir les
synthétiser. Ils possèdent une grande réactivité due à une richesse électronique, grâce à la présence de
liaison π , tout en étant très stable.
2 enjeux :
- rendre une liaison plus réactive tout en conservant le squelette carboné
- coupler des molécules entre elles en créant directement une double liaison.
I.
Formation de C=C sans allongement de la chaîne
1. A partir d’une liaison simple
Blanchard
liquide
Déshydratation du
3h
Indice de
193,
méthyl-2-cyclohexanol réfraction, CPV
Mesplède
- Réactionsur Se30:
(100 manip
distillation
injecteur 150°C,
de chimie
- Extraction
four 70°C IR,
organique)
CCM
p. 75
(condition)
On utilise plutôt H3PO4 (une action desséchante plus prononcée)
+++
Hotte
Manip : lavage (soude pour neutraliser vérifier les eaux mères, puis eau pour enlever la soude),
injection en CPV (piquer les produits commerciaux) On n’a pas vraiment besoin d’un étalon interne car
on a la même masse.
Explication
La régiosélectivité grâce à la règle de Zaitsev
Intérêt : un bon intermédiaire réactionnel on peut ensuite lui faire subir une suite de réactions,
hydratation pour former l’autre alcool plus stable ou une ozonolyse réductrice pour obtenir un
aldéhyde.
Transition : les éliminations ne sont pas très sélectives, or contrôle de Z ou E très important.
2. A partir d’une liaison triple *
IR, CCM,
2h
+ Hotte
indice de
réfraction, CPV
1ml d’alcyne, 0,8mL de quinoléine, 100mg de catalyseur de Lindlar et 50 mL d’éther de pétrole.
BUP à
paraître
liquide
- filtration sur célite
- extraction
Manip : On montre la filtration, le lavage avec une solution d’HCl 1M pour enlever la quinoléine, avec
solution de NaCl saturée (pressechage)
On a les produits Z et E commerciaux, qu’il faut piquer en CPV (SE30, 210 130, 1bar). Calcul du
nombre de mole de H2 ayant réagit en suivant l’évolution de la pression.
Explication
Parler de l’obtention de l’autre diastéréoisomère par réduction avec métal dissous dans NH3. Insister
sur l’intérêt de la stéréochimie (Clayden, le cis-rétinal et son rôle dans la vision).
Transition : Construire en entier la double liaison, très intéressant pour relier des fragments entre eux
lors de synthèse convergente.
II.
Formation de C=C avec allongement de la chaîne
1. Crotonisation
JD n°90
solide
- mélange intime des
deux solides
- lavage
- recristallisation
Point de fusion,
IR, CCM
1h
-
Hotte
Explication
Deux choses à contrôler après recristallisation : la pureté et le rendement
Configuration E obtenue lors d’une aldolisation croisée crotonisation.
Intérêt de la réaction de crotonisation dans le monde industriel. Intérêt des chalcones (activité
pharmaceutique très variée)
Transition : autre méthode de couplage en présence d’une double liaison C=O
2. Réaction de Wadsworth-Emmons
Blanchard
p375
Réaction de Hörner-Wadsworth- IR, point de fusion (celle 2H
Emmons
du Z est 80°C), UV-vis
- Réaction
CCM (EdP/AcOEt : 90/10)
- Filtration
Prendre tBuOK, diviser par 2 les quantités
Manip : Montrer le lancement de la réaction, les lavages, prendre un point de fusion. L’IR permet de
voir la disparition de C=O, on a la CH d’une double liaison (3010), on a la déformation CH (1441) et
de CC (E= 989)
Explication
Donner le mécanisme. L’avantage de la HWE par rapport à Wittig c’est que l’on forme un sel de
phosphore soluble dans l’eau (et non Ph3P=O). L’ylure est également plus réactif et peut attaquer des
cétones portant des groupements donneurs. On utilise du DMF car c’est un solvant polaire et qui
possède une grande constante diélectrique. Il renforce la base en séparant les ions. L’ajout de
phosphonate pour former un carbanion stabilisé par délocalisation. On a ensuite une coloration rouge
due au sel de phosphonate. Le lavage à l’eau permet d’éliminer les sels de phosphonates, la base en
excès et les traces de DMF, le lavage au méthanol permet d’éliminer les produits organiques polaires ie
de départ.
Importance dans la vision (cis rétinal)
Dire que la RMN permet de conclure avec plus de certitude quand à la stéréochimie de la liaison
(constante de couplage 14hz)
Conclusion
Prix Nobel de Chauvin Grubbs pour la métathèse qui permet avec un catalyseur de donner une nouvelle
liaison C=C, formation de macrocycles, oléfination de Peterson, élimination de Hoffmann
MO 35
Réactions de formation de liaisons doubles C=O
Biblio : ICO
Introduction
Molécules naturelles qui ont de C=O, et intermédiaires de synthèse intéressants avec un carbone
électrophile et un H en alpha acide.
Couple oxydant/réducteur, tests caractéristiques (2,4DNPH, liqueur de Fehling), caractérisation par IR,
les dérivés carbonylés naturels, utilité en synthèse (allongement de chaîne, carbone chaîne et
nucléophile)
I.
A partir d’une simple liaison C-O
1. Oxydation d’un alcool
JD n°4 et 46
liquide
Octanal, oxydation
avec l’hypochlorite
de sodium
- dosage
- extraction
Dosage, IR,
indice de
réfraction, CPV
30 min + Hotte
+ 2h
Explication
Attention au mécanisme, dosage à l’eau de Javel à faire avant, penser à bien contôler le pH à 9,5 (pour
que BrO- soit soluble).
Dosage de l’eau de Javel : on dilue par 20 et on dose en retour. Nécessité du dosage : décomposition
2ClO- en O2 + Cl2. Degré chlorométrique : volume en litre de Cl2 (g) nécessaire pour fabriquer 1 litre
d’eau de Javel.
On utilise Br- car il permet d’obtenir des ions hypobromites qui réagissent dix fois plus vite sur le
TEMPO qu ClO-, attention à l’identification de l’espèce oxydante (cf Handbook pour valeurs)
Passage entre les phases organiques et aqueuses : ClO-(aq) oxyde Br-(aq) pour donner BrO- (aq). Le
BrO- passe en phase orga et oxyde le tempo qui a son tour oxyde l’alcool
Le lavage à l’acide et au KI permet de réduire le TEMPO et le faire passer en phase aqueuse (du radical
à l’hydroxyanime), après ce lavage la phase orga doit être jaune marron. En suite le thiosulfate permet
de faire passer I2 en phase aqueuse sous forme de IRemarques
Parler des autres méthodes d’oxydation des alcools, comme Swern
La bande à 3100 peut être due à l’énol
L’octanol est utilisé en pharmacie pour savoir si un composé passe dans les graisses (ie coefficient de
partage entre l’eau et l’octanol), l’octanal est utilisé en parfumerie
2. Transposition *
Chimie
liquide Transposition pinacolique
IR, indice de réfraction,
tout p57,
- Réaction
(mod
op test iodoforme, Test à la
Blanchar
chimie
tout
avec 2,4 DNPH et Tf,
d p200
hydrodistillation)
- Extraction
- Evaporation
1h30 bien
calorifuger,
pas
chauffer
trop fort au
début ?
On peut diviser les quantités par 5.
Explication :
On a une transposition 1,2, avec un moteur qui est la formation d’un carbocation le plus stable, tout
comme lors de la transposition de Wagner-Meerwein. Eventuellement mécanisme au dos d’une feuille.
L’IR montre l’apparition d’une bande C=O
II.
JD 48
A partir d’un double liaison C=N
solide
Transposition de beckman :
oxime et on chauffe en
présence d’acide sulfurique
- Réaction
- Extraction
- Evaporation
- Recristallisation
Point de
3h
fusion, IR,
CCM ??
++
Hotte
Prévoir un bain de glace, IR dur à caractériser, car les C=O et C=N sortent au même endroit, la recri
peut être longue
Explication : on a pu former un bon groupe partant, il part lors de la migration. La neutralisation avec
NH3 (pas NaOH pour ne pas ouvrir la caprolactame). On re-dissout avec une quantité minimale d’eau
le sulfate d’ammonium (relargage du caprolactame très intéressant car cette dernière est un peu soluble
dans l’eau. Recristallisation : à deux solvants (ether et pentane), force motrice : départ d’un groupement
sulfonate
Importance de la transposition de Beckman pour la synthèse du nylon, mentionner la transposition de
Hofmann, défaut d’électrons sur un oxygène Bayer-Villiger
III.
A partir d’une triple liaison CN
Obtention d’un amide encombré par alkylation du benzonitrile en milieu acide
Daumarie
solide Réaction de Ritter
CCM, IR, point de
Concours
- Réaction
fusion
p90
- Précipitation
- Filtration
- Recristallisation
Benzonitrile et tertiobutanol, ajout H2SO4, dans un bain de glace ;
CCM, attendre 10 min faire CCM retirer l’erlen du bain
reCCM jusqu’à disparition du produit (15 min) puis traitement
Discussion sur le mécanisme
Formation du carbocation, attaque du N sur le carbocation, attaque de l’eau sur le C et on forme
l’amide.
Voie d’accès importante aux amines difficiles à obtenir.
Conclusion
Rappel des propriétés intéressantes. En synthèse obtention industrielle avec le procédé Wacker
MO 36
Réactions de formation de liaisons simples C-N et de liaisons doubles
C=N
Biblio : ICO
Introduction
Intérêt des liaisons CN dans le monde du vivant (aa, peptide, base ADN et ARN), les alcaloïdes et
intermédiaires utiles en chimie organique, entre autres pour des former des composés aux vertus
thérapeutiques
I.
Formation de liaisons de liaisons C=N doubles
Mesplède
solide Synthèse d’une oxime
p79, manip 22
- Réaction
- Précipitation
- Filtration
- Recristallisation dans l’éthanol absolu
point de fusion, IR 3h
(bien parlant)
On dissout du chlorhydrate d’hydroxylamine de l’acétate de sodium et de l’eau. On chauffe puis on
ajoute le cyclohexanone, on attend 5 min puis on refroidit
NB peut se poursuivre par une transposition de beckman (cf Blanchard p 364)
II.
Formation de liaisons simples C-N simples
1. Synthèse d’un amide et d’une amine
Lidocaïne,
solide
JCE
1999
p1557
Acetamide
IR, Tf,
3h
- Réaction
CCM
(DCM- Filtration
acétone 9/1)
Lidocaine
- Réaction
- Extraction
- Précipitation et filtration
Pour faire précipiter on va jusqu’à pH 10-12.
Filtration (porosité 4)
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’œil (pas chargé pour pouvoir traverser la cornée,
sous forme de chlorhydrate). Pharmacologie intégrée
Sur le net : !
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2. Synthèse d’un dérivé nitré
Blanchard
p.135
Vernin
p.125
liquide
Brut réactionnel
- réaction
Ajout de 1ml au lieu de 10 gouttes de toluène
- extraction
Faire CPV des trois produits dans propotions
connues. On montre qu’on peut se baser sur les
aires.
Nitration du toluène avec HNO3 dans H2SO4
conc. On obtient 60% d’ortho, 40% de méta ;
avec la méthode de l’étalon interne
CPV
210°C et
120 °C, IR
Pour la CPV, on peut se passer de la méthode de l’étalon interne étant donner qu’ils sont de structures
proches et sont en plus des régioisomères.
Explication
Après lavage basique, phase aqueuse orange (produit issu de NO2, NO3; phase organique jaune à cause
des produits nitrés.
Régiosélectivité intéressante, avec les proportions statistiques (ortho/méta/para : 2/2/1) et les
proportions obtenues. On a un intermédiaire de Wheland plus stabilisé pour les formes ortho et para,
mais ortho est encombrée, donc on a plus de para. Pas de polysubstitution car NO2 est désactivant.
L’IR donne l’apparition de NO2
Conclusion
(ICO) intérêt industriel avec des polymères (exemple du nylon ou de Kevlar), intérêt pour les
médicaments, stabilité de la liaison C-N des peptides et la synthèse peptidique.
MO 37
Synthèse de médicaments
Biblio : les grands médicaments, Pharmacologie (Page), organic chemistry of drug design, Volhardt
Introduction :
* 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.
* 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 de l’aspirine
Obtention de l’acide acétylsalicylique à partir de l’acide salicylique
JFLM orga liquide Acide salicylique + anhydride éthanoïque dans CCM, Tf, test 3h
p153
verrerie sèche, acide sulfurique comme catalyseur. des phénols
Chauffé pour accélérer, refroidir et faire précipiter (Blanchard 212)
dans un mélange eau-glace, filtrer. Recri dans
MeOH-H2O
Remarque : ça peut prendre en masse mais laisser agiter et ça se redissout, ne pas hésiter à pousser le
chauffage
Volhardt p23 plein d’info sur l’aspirine
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)
2. Synthèse de la lidocaïne
* BUT : synthèse de l’anesthesique local le plus utilisé dans le monde.
Lidocaïne, JCE Acetamide
IR, Tf,
3h
1999 p1557
- Réaction
CCM (DCM-acétone
- Filtration
9/1)
Lidocaine
- Réaction
- Extraction
- Précipitation et filtration
Pour faire précipiter on va jusqu’à pH
10-12. Filtration (porosité 4)
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’œil (pas chargé pour pouvoir traverser la cornée,
sous forme de chlorhydrate). Pharmacologie intégrée
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II.
Synthèse de précurseurs de médicaments
1. Motif de la chalcone
JD n°90
solide
- mélange intime des
deux solides
- lavage
- recristallisation
Point de fusion,
IR, CCM
1h
-
Hotte
Explication
Deux choses à contrôler après recristallisation : la pureté et le rendement
Configuration E obtenue lors d’une aldolisation croisée crotonisation.
Intérêt de la réaction de crotonisation dans le monde industriel. Intérêt des chalcones (activité
pharmaceutique très variée)
2. Motif de la coumarine *
Lactonisation
JD 91
Synthèse
Filtration pf, IR,
3h
hotte
(mécanisme
d’une
recristallisation possible
ICO)
coumarine
Manip : Filtration, IR,
Info : Grand intérêt des coumarines (sondes fluorescentes, entre autres), parler de la régiosélectivité, du
rôle de l’APTS (activation électrophile) et avoir une feuille avec les différentes étapes du mécanisme
Cf la vitamine K (pharmacologie, structure dans le organic chemsitry drug design) ; exemple de la
Warfarine, excipient dans des médicaments coumariniques, anticoagulants
Conclusion
Vitamine C, que l’on peut doser. Rythme de sortie des grands médicaments est lent, surtout du fait de
la complexité, du coût et de la durée des tests nécessaires avant la mise en vente d’un médicament.