2008

Fernandez Samuel
Assist. Ouizem Souad
projet n°14
25/10/08
Synthèse du 2-(2bromoéthyl)bromobenzène
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Fernandez Samuel
Assist. Ouizem Souad
projet n°14
25/10/08
Introduction :
Le projet consiste à synthétiser le 2-(2-bromoéthyl)-bromobenzène en 5 étapes.
Schéma de réaction :
Br 2
Br
Br
CN
KCN
Br
Br
EtOH/H
CO Et
LiAlH 4
PBr 3
2
OH
Br
Br
Br
Br
Mécanisme étape 1 :
H
Br
H
H
H
+ Br
H
Br
Br
Br
Br
Br
La première étape est une réaction radicalaire, la lampe photochimique permet une
rupture homolytique de la liaison Br-Br et de la liaison C-H formant ainsi des
radicaux pouvant réagir entre eux.
Mécanisme étape 2 :
CN
Br
+
EtOH
CN
+
K
KBr
Br
Br
La deuxième étape est une simple substitution nucléophile bimoléculaire SN2 où
l’éthanol sert de solvant.
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Mécanisme étape 3 :
H2 O
NH
N
O
H+
Br
Br
Br
OH
Hy
ol
dr
NH2 1 /2 SO4 2-
e
ys
O
O
H2N
O
Br
Br
O
H
H+
La réaction de Pinner permet de transformer un groupement nitriles en fonction
ester. La fonction nitrile est tout d’abord protonnée pour permettre l’addition
nucléophile de l’éthanol, puis l’imino ether formé est ensuite hydrolysé pour former
l’ester.
Mécanisme étape 4 :
H
AlH3
Li
H
OEt
OEt
O
O
AlH3
Li
Br
Br
H
H
AlH3
H
Li
H
OEt
O
Br
AlH3 Li
H+
O
Br
OH
Br
La quatrième étape est une réduction d’un ester en alcool à l’aide du LiAlH 4. Dans un
premier temps l’ester est réduit en un aldéhyde puis ce dernier est réduit en alcool. Il
y a chaque fois formation d’un intermédiaire alkoxyde métallique.
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Mécanisme étape 5 :
Br
O
Br
O
H
Br
P
Br
P
Br H
Br
Br
Br
Br
Br
Br
+
HO
P
Br
La cinquième étape consiste dans un premier temps à activer l’oxygène de l’alcool
grâce au phosphore électrophile pour former un bon groupe partant, puis il y a une
substitution nucléophile qui peut se faire, permettant ainsi de remplacer le groupe
partant formé par un brome.
Partie expérimentale :
Mode opératoire :
[1] Etape 1 : dans un ballon bicol de 100 mL équipé d’une ampoule à addition et d’un
piège de thiosulfate, sont introduit 25 mL de o-bromotoluène (0.2 mol soit 35g).
D’autre part, dans l’ampoule à addition sont introduit 10.5 mL de Br2 (0.2 soit 32g) qui
sont ajoutés goutte-à-goutte pendant une période de 3 heures au o-bromotoluène.
Le milieu réactionnel est maintenu sous agitation et est éclairé par une lampe
photochimique. Une fois l’addition terminée, le milieu réactionnel est encore
maintenu sous agitation pendant une heure. Le produit obtenu (o-bromobenzyl
bromide) est ensuite purifié par distillation (T=55°C, p=0.1 mmHg).
[2] Etape 2 : 10.2 g de KCN sont introduit dans un ballon bicol de 250 mL équipé
d’une ampoule à addition et d’un tube réfrigérant. Le KCN est dissout dans 10.7 mL
d’eau chaude, puis 15 mL d’éthanol sont ajoutés et le tout est placé sous agitation.
D’autre part, dans l’ampoule à addition sont introduit 37.9 g (0.152 mol) de obromobenzyl bromide préalablement dissous dans 38 mL d’éthanol. L’addition se fait
goutte-à-goutte pendant 8 min. Une fois l’addition terminée le milieu réaction est
porté à reflux. Finalement, le KBr formé est filtré et l’éthanol est éliminé à l’aide de
l’évaporateur rotatif. Les résidus sont dissous dans 15 mL d’eau et extrait avec 4
portions de 25 mL d’éther. La phase organique est séchée avec du MgSO 4 et l’éther
est évaporé. Une distillation est effectuée afin de purifier le produit obtenu. (T=61°C,
p=0.06 mmHg).
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[2] Etape 3 : à 28 g (0.143 mol) de o-bromobenzyl cyanide dilué dans 112 mL
d’éthanol, sont ajoutés goutte-à-goutte 28 mL d’acide sulfurique concentré. Le
mélange réactionnel est porté à reflux pendant 4 h. Une fois le reflux terminé le
mélange doit revenir à température ambiante et est versé dans de la glace
(hydrolyse). Après cela, le produit obtenu est extrait avec 4 portions de 100 mL de
dichlorométhane. La phase organique est lavée avec 100 mL d’eau puis séchée
avec MgSO4. Finalement, l’éthanol est retiré à l’évaporateur rotatif. Le produit
synthétisé est purifié par distillation. (T=53°C, p=0.09 mmHg). Un premier spectre
RMN a montré qu’il restait 38% de produit de départ. La manipulation a donc été
répétée, cependant les quantités ont été divisées par deux.
[2] Etape 4 : dans un ballon tricol de 500 mL muni d’une ampoule à addition et d’un
condensateur, sont introduits 3 g (0.8 éq.) de LiAlH4 dilué dans 100 mL d’éther
absolu. Le système est purgé et placé sous azote, puis 24 g (0.099 mol) de obromophenyl éthyl ester dilué dans 100 mL d’éther absolu sont introduits dans
l’ampoule à addition à l’aide d’une seringue, cette solution est additionnée goutte-àgoutte à l’hydrure puis le milieu réactionnel est laissé à reflux pendant 3 h. Le
mélange est ensuite hydrolysé avec H2O afin de détruire les hydrures qui n’auraient
pas réagit et est acidifié avec du HCl 2 N. Puis le produit est extrait avec 3 portions
de 100 mL d’éther et la phase organique est lavée avec une solution de NaCl
saturée puis séchée avec MgSO4. L’éther est ensuite évaporé à l’évaporateur rotatif.
Le produit est de nouveau purifié par distillation. (T= 45°C, p= 0.05 mmHg).
[2] Etape 5 : dans un ballon bicol de 100 mL équipé d’une ampoule à addition et d’un
tube réfrigérant sont introduits 11.3 g (0.0565 mol) de 2-(2-bromophenyl)-éthanol. 7.6
g (2.7 mL) de phosphore tribromide sont introduit dans l’ampoule et ajoutés goutte-àgoutte. Le milieu réactionnel est ensuite chauffé à 100 °C pendant 3h, puis le
mélange est versé dans de la glace. Le produit obtenu est extrait avec 4 portions de
50 mL d’éther. La phase organique est lavée avec une solution de NaHCO 3 et
séchée avec MgSO4. L’éther est évaporé à l’évaporateur rotatif et le produit est
purifié par distillation. (T= 51°C, p= 0.045 mmHg). 10.9 g soit 0.413 mol de 2-(2bromoéthyl)-bromobenzène sont finalement obtenus.
Résultats et discussions :
Rendement étape 1 :
m [g]
MM [g/mol]
n [mol]
obromotoluène
bromine
35
32
171
159.8
0.2
0.2
obromobenzyl
bromide
37.9
~249.8
0.152
rendement =
n final
ninitial
=
0 .1 52 mol
⋅ 1 0 0 = 76 %
0 .2 mol
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Rendement étape 2 :
m [g]
MM [g/mol]
n [mol]
obromobenzyl
bromide
37.9
~249.8
0.152
obromobenzyl
cyanide
28
~195.9
0.143
rendement =
n final
ninitial
=
0.143mol
⋅ 100 = 95%
0.152mol
Rendement étape 3 :
m [g]
MM [g/mol]
n [mol]
obromobenzyl
cyanide
28
~195.9
0.143
obromobenzyl
étyl ester
24
~243
0.099
rendement =
n final
ninitial
=
0.099mol
⋅ 100 = 69%
0.143mol
Rendement étape 4 :
m [g]
MM [g/mol]
n [mol]
obromobenzyl
étyl ester
24
~243
0.099
2-(2bromophenyl)
éthanol
11.3
~201
0.056
rendement =
n final
ninitial
=
0.056mol
⋅ 100 = 57%
0.099mol
Rendement étape 5 :
m [g]
MM [g/mol]
n [mol]
2-(2bromophenyl)
éthanol
11.3
~201
0.056
2-(2bromoéthyl)bromobenzène
10.9
~264
0.041
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rendement =
n final
ninitial
=
0.041mol
⋅ 100 = 73%
0.056mol
=
0 .0 41 mol
⋅ 1 0 0 = 21 %
0 .2 mol
Rendement global:
rendement =
n final
ninitial
Discussion rendements :
Premièrement, le rendement de l’étape 1 est supérieur à celui indiqué dans la
référence [1], car il reste du produit de départ à hauteur de 20%. Donc, le rendement
réel est de 60% (0.8 * 76%) ce qui correspond parfaitement à la littérature. La
réaction radicalaire a donc bien fonctionnée.
Le rendement de l’étape 2 est aussi plus élevé que celui inscrit sur la référence [2],
cependant on ne peut justifier la différence de rendement de 10%, car le spectre
RMN ne montre pas la présence de substrat, il faut en déduire que les conditions
étaient meilleures, favorisant ainsi l’obtention d’un meilleur rendement.
En ce qui concerne le rendement de l’étape 3, il est inférieur au rendement théorique
mais ceci peut s’expliquer par le fait que la manipulation a du être recommencé pour
ne plus avoir de substrat ce qui à engendré de nouveau des pertes lors des
extractions et des lavages.
Le rendement de l’étape 4 n’est pas du tout satisfaisant (38% inférieur). L’addition du
produit sur l’hydrure a été effectuée trop rapidement ce qui a fortement diminué le
rendement.
Finalement, le rendement de la dernière étape laisse aussi à désirer (20% inférieur),
l’addition du PBr3 a aussi été effectuée de manière trop rapide.
Analyse des spectres RMN-H1 :
RMN-H1 (400 MHz, CDCl3) du o-bromobenzyl bromide : (annexe 2)
types de
protons
Ha
Hb
Hc
Hd
He
nombre de
protons
2
1
1
1
1
valeurs de
l'intégrale
2.08
0.27
0.3
0.42
0.05
déplacement
chimique δ
[ppm]
4.6
7.5
7.3
7.2
7.6
7
multiplicité
s
d
t
t
d
constante
de
couplage J
[Hz]
8
7
8
8
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Hb
Ha
Hc
Br
Hd
Br
He
Le singulet observé à 4.6 correspond aux protons du CH2 situé en position α du
benzène. D’autre part, les quatre protons du benzène sont très déblindés : deux des
protons sont caractérisés chacun par un doublet et les deux autres chacun par un
triplet. Les valeurs de leurs intégrales ne correspondent pas du tout au nombre de
protons présents. L’explication plausible est que le fort déblindage de ces derniers
fausse l’intensité du signal (valeur de l’intégrale). De plus, on remarque sur l’RMN-H 1
effectuée avant distillation (annexe 1), la présence d’un peu de produit de départ
correspondant au singulet des protons du CH3 du o-bromotoluène et de traces d’H2O
provenant du solvant CDCl3. Cependant après distillation ces signaux ne sont plus
présents.
RMN-H1 (400 MHz, CDCl3) du o-bromobenzyl cyanide : (Annexe 4)
types de
protons
Ha
Hb
Hc
Hd
He
nombre de
protons
2
1
1
1
1
valeurs de
l'intégrale
2.02
1.03
1.02
1.14
1
déplacement
chimique δ
[ppm]
3.9
7.6
7.4
7.3
7.7
Hb
multiplicité
s
d
t
t
d
constante
de
couplage J
[Hz]
8
8
8
8
Ha
Hc
CN
Hd
Br
He
Le spectre RMN-H1 du o-bromobenzyl cyanide est très similaire à celui du obromobenzyl bromide seules les valeur des déplacement chimique varient. Le brome
en position benzylique (annexe 2) à un effet inductif attracteur (I) et un effet
mésomère donneur (M), cependant M>>I et le signal est alors plus déblindé.
Contrairement au brome le groupement nitrile n’a qu’un effet inductif attracteur le
signal est donc plus blindé, c’est pourquoi on retrouve le singulet des protons du
groupement –CH2 avec une valeur de déplacement chimique inférieur à celui du
spectre précédant. D’autre part, on remarque que la distillation à permis d’éliminer
totalement l’éther et que les déplacement chimiques des protons du benzène sont
quasi les mêmes que précédemment. Finalement, on constate que les valeurs
d’intégrale de ces derniers correspondent bien aux nombres de protons ce qui n’a
pas été le cas sur le spectre précédant (annexe 2).
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RMN-H1 (400 MHz, CDCl3) du o-bromophenyl éthyl : (annexe 7)
types de
protons
Ha
Hb
Hc
Hd
He
Hf
Hg
nombre de
protons
3
2
2
1
1
1
1
valeurs de
l'intégrale
2.93
1.83
1.83
1.81
1
1.81
1
Hd
déplacement
chimique δ
[ppm]
1.3
4.2
3.8
7.3
7.2
7.3
7.6
Hc
Ha
O
He
multiplicité
t
q
s
d
m
t
d
constante
de
couplage J
[Hz]
7
7
2.5
8
Hb
O
Hf
Br
Hg
Les protons Ha, Hb et Hc ont des déplacements chimiques et des multiplicités qui
peuvent être clairement définis. Au contraire, les protons du benzène sont plus
difficile à décrire car leur multiplicité ne correspond pas à ce qui est attendu du fait
que les signaux se chevauchent. Cependant, le doublet à 7.6 ppm correspondant au
proton Hg est clairement identifiable. Les doublet du protons Hd et le triplet du proton
Hf se chevauchent ce qui ne permet pas de clairement les distingués, on constate
simplement leur présence d’après la valeur de l’intégrale (1.83) correspondant à 2
protons. Après 4 h de reflux et une distillation, on remarque qu’il reste 38 % de
substrat qui n’a pas réagit (annexe 6) et il a donc fallu répéter la manipulation pour
obtenir un spectre sans substrat (annexe 7). La durée de reflux inscrite sur la
publication n’est pas valable. La distillation a permis d’éliminer l’éther, néanmoins il
reste des traces de dichlorométhane à 5.3 ppm et de o-bromobenzyl bromide à 4.6
ppm (produit de départ).
RMN-H1 (400 MHz, CDCl3) du 2-(2-bromophenyl)-éthanol : (annexe 9)
types de
protons
Ha
Hb
Hc
Hd
He
Hf
nombre de
protons
2
2
1
1
1
1
valeurs de
l'intégrale
2.04
1.93
2.54
0.95
2.54
1
déplacement
chimique δ
[ppm]
3.9
3.1
7.3
7.1
7.3
7.6
9
multiplicité
t
t
d
t
t
d
constante
de
couplage J
[Hz]
7
7
8
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Hc
Hb
Hd
Ha
OH
He
Br
Hf
Les protons Ha et Hb sont respectivement caractérisés par un triplet à 3.9 ppm et un
autre triplet à 3.1 ppm. Les protons les plus proches de la fonction alcool sont les
plus déblindés. D’autre part, le doublet à 7.6 ppm correspond au proton Hf et le
triplet à 7.1 ppm est attribué au proton Hd. Malheureusement, le doublet et le triplet
correspondant respectivement au protons Hc et He sortent sous un même signal
ayant une valeur d’intégration comptant pour 2 protons mais la multiplicité du signal
ne peut être clairement définie. De plus, le signal du proton de la fonction –OH n’est
pas visible ce qui est du au transfert de ce dernier avec un deutéré du solvant. Le
spectre effectué avant distillation (annexe 8), fait apparaître la présence d’éthanol
(formé lors de la réduction) et d’éther (solvant), ainsi que de l’acétone resté dans le
tube RMN. Après distillation (annexe 9) seul très peu d’éthanol est présent ainsi que
l’eau (provenant du solvant deutéré), de plus le produit de départ est encore présent
à 4.6 ppm. Il est mentionné dans la publication que même après plusieurs
distillations l’obtention d’un produit pur n’a pu être réalisée.
RMN-H1 (400 MHz, CDCl3) du 2-(2-bromoéthyl)-bromobenzène : (annexe 11)
types de
protons
Ha
Hb
Hc
Hd
He
Hf
nombre de
protons
2
2
1
1
1
1
valeurs de
l'intégrale
2.03
2.02
2.15
1.05
2.15
1
déplacement
chimique δ
[ppm]
3.6
3.3
7.3
7.2
7.3
7.6
Hc
multiplicité
t
t
d
m
t
d
constante
de
couplage J
[Hz]
7
7
2
Hb
Hd
Ha
Br
He
Br
Hf
Les deux triplets correspondent respectivement aux protons Ha (3.6 ppm) et Hb (3.3
ppm) sont visibles. Les déplacements chimiques correspondant aux protons du
benzène sont très similaires à ceux du spectre précédant. Les protons Hc et He ne
sont pas clairement différentiables. La distillation a permis de supprimer l’éther,
cependant la présence d’eau du solvant deutéré et l’acétone restée dans le tube
RMN sont présents.
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Conclusion :
En général, les différentes étapes ont bien fonctionnées malgré les quelques
difficultés rencontrées. Les rendements ne sont pas catastrophiques, même si ils
auraient pu être supérieurs à ceux obtenus en effectuant les additions plus
lentement. Les spectres RMN-H1 sont relativement propres ce qui prouve que la
pureté des produits obtenus est suffisante.
Questions :
1) Réaction de Sandmeyer
NH2
N2
NaNO2
Cl
Br
CuBr
HCl, 0 °C
+ CuCl + N2
2) Les substitutions nucléophiles sur des cycles aromatiques ne sont pas réalisables,
de plus un brome primaire est beaucoup plus susceptible de réagir qu’un brome
secondaire, c’est pourquoi la nitrilation ne se fait pas sur le brome secondaire.
Références :
[1] Letsinger, R. L. ; Skoog, J. H. J. Am. Chem. Soc. 1955, 77, 5176.
[2] Bickelhaupt, F. ; Stach, K. ; Thiel, M. Chem. Ber. 1965, 98, 685.
http://www.mhhe.com/physsci/chemistry/carey5e/Ch20/ch20-3-3-2.html (consulté le
26.10.2008)
http://en.wikipedia.org/wiki/Phosphorus_tribromide (consulté le 28.10.2008)
http://www.springerlink.com/content/p6446v21q3376w2n/ (consulté le 25.10.2008)
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