DEVOIR SURVEILLÉ DE SCIENCES PHYSIQUES N° 7 (3 H

DEVOIR SURVEILLÉ DE SCIENCES PHYSIQUES N° 7 (3 H)
Synthèse organique d'une molécule bioactive
1.1. Un atome de carbone asymétrique est lié à quatre groupes différents. Ce sont donc les
atomes de carbone 1, 2, 5, 6, 10 et 11. Il y a donc six atomes de carbone asymétriques.
1.2. En appliquant les règles de CAHN, INGOLD et PRELOG, on attribue les ordres de
priorité. Lorsque le groupe le moins prioritaire est vu en arrière, la flèche d’ordre des
groupes est présentée en trait plein ; lorsque le groupe le moins prioritaire est vu en avant,
la flèche d’ordre des groupes est présentée en trait pointillé:
La molécule est donc de descripteurs stéréochimiques (1R;2R;11S)
2. Synthèse séquentielle du fragment :
2.1.
2.2. CrO3 dans la pyridine.
2.3.
2
2.4.
2.4.1.
Le phosphore est nucléophile du fait de la présence du doublet libre et de la
polarisabilité de P
2.4.2.
2.4.3.
3. Le composé 3 est ensuite réduit par le tétrahydruroborate de sodium NaBH 4 pour donner le
composé 4, dont la fonction alcool est protégée par l’oxyde de di- tert-butylcarbonate Boc 2O, de
formule semi-développée suivante :
O
Boc
O
O
O
Boc2O
O
4.
4.1. 6 contient la fonction époxyde
4.2. 6.peut être obtenu après addition d'un mélange H 2O + Br2 pour former dans un premier
temps un racémique contenant:
(le bromonium se forme préférentiellement sur la double liaison la plus substituée, ce qui
stabilise la charge positive)
A partir de l'énantiomère ci-dessus l'époxyde peut alors se former par une synthèse de
Williamson:
5.
6.
6.1.
Cétal (fabriqué à partir de cétone, sinon acétal à partir d'aldéhyde)
6.2.
6.3. Un empoisonnement est un processus qui réduit voire annule l’activité catalytique d’un
catalyseur par une action physique ou chimique. Avec un catalyseur non empoisonné, on aurait
aussi réduit l’alcène en alcane.
7.
H2O + Br2 puis Williamson
8.
8.1. Le bilan de la réaction s'écrit: R-OH + TsCl = R-OTs + HCl
(HCl est consommé par la pyridine qui permet de déplacer l'équilibre vers la droite)
On a donc remplacé le très mauvais nucléofuge OH - par le très bon nucléofuge TsO - stabilisable
par de nombreuses formes mésomères.
8.2. 14 est obtenu avec rétention de configuration du carbone hydroxylé secondaire, c'est
donc le carbone hydroxylé primaire qui a réagi avec TsCl et perdu TsO -, pour former le pont
époxyde.
8.3.
9.
9.1. Dans
le carbone le plus chargé est celui relié à Mg, cette charge est
reliée à la différence d'électronégativité entre C et Mg, différence négligeable entre deux C voisins.
on peut donc estimer que cette charge est suffisante pour que ce carbone se comporte comme un
nucléophile de type carbanion:
9.2.
16
9.3. Les questions précédentes ont montré que la réaction de WITTIG proposée transforme
le groupe = O en groupe = CH-CO2C2H5 de configuration (E)
9.4. Il faut mener l’hydrolyse en milieu acide (souvent l’acide chlorhydrique) avec un grand
excès d’eau.
RENDEMENT D'UNE RÉACTION STÉRÉOSÉLECTIVE
1) Les produits sont diastéréoisomères.
2)
2.1. On souhaite déplacer l'équilibre vers la droite.
2.2.A froid dans un bain d'eau glacée pour éviter l'inflammation.
2.3. Par définition du pouvoir rotatoire spécifique [ α]=α/(l C) où l désigne la longueur
de cuve en dm et C désigne la concentration de substance en g.cm -3, il est alors
possible d'en déduire: [α]=-0,5/(2.0,02)=-12,5 ° dm -1 g-1 cm3 .
La réaction étant supposée totale, et le pouvoir rotatoire suivant probablement la loi additive de Biot
α=[α d(+)-bornéol l Cbornéol + [α d(-)-isobornéol l Cisobornéol (1)
de plus Cbornéol + Cisobornéol = C
(2)
(1) et (2) permettent d'éliminer une des deux concentrations:
α=[α d(+)-bornéol l Cbornéol + [α d(-)-isobornéol l (C-Cbornéol ) d'où
[α[α d(+)-bornéol Cbornéol /C + [α d(-)-isobornéol (1-Cbornéol /C)
C bornéol
[]−[]d  --isobornéol
=
C
[]d  + -bornéol −[]d - -isobornéol
soit
C
−12,534,3
A.N. bornéol =
=0,3il y a donc 30 % de d + −bornéol dans le mélange
C
37,734,3
et par conséquent 70 % de d - −isobornéol
2.4. Les facteurs prépondérants à prendre en compte sont les forces d'interactions entre la
silice et les différentes molécules car elles sont quasiment de même poids. Le camphre peut donner
deux liaisons H, l'isobornéol et le bornéol donnent eux trois liaisons H, avec une facilité plus grande
dans le cas du bornéol car le groupe OH est plus externe à la molécule. La vitesse de migration est
d'autant plus grande que la molécule a moins d'affinité pour la silice, on peut donc déterminer la
hauteur des taches observées: h camphre >hisobornéol >hbornéol .
Dans le cadre de la nouvelle hypothèse:
α=[α d(+)-camphre l Ccamphre + [α d(-)-isobornéol l Cisobornéol (1) de plus Ccamphre + Cisobornéol =C (2)
(1) et (2) permettent d'éliminer une des deux concentrations:
α=[α d(+)-camphre l (C-Cisobornéol )+ [α d(-)-isobornéol l Cisobornéol d'où
[α[α d(+)-camphre (1- Cisobornéol /C) + [α d(-)-isobornéol Cisobornéol /C
d'où
Cisobornéol
[]−[]d  + -camphre
=
C
[]d - -isobornéol −[ ] d  + -camphre
C
−12,5−43
A.N. isobornéol =
=0,72 le rendement est donc de 72 %en d --isobornéol
C
−34,3−43
2.5. On se rapproche du contrôle thermodynamique : les deux alcools possèdent la même
stabilité, ils sont donc attendus en proportions identiques , on se rapproche donc de cette situation,
et comme les pouvoirs rotatoires spécifiques des deux alcools sont quasiment opposés, on obtient
un pouvoir rotatoire quasi nul.