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Rapport présenté par
Mr Brahim ZARDOUA
Pour la validation de
La première année du Magistère Physico-Chimie Moléculaire
Application de la réaction de Michael à des βénaminoesters
Sous la Direction du Pr. Christian Cavé et du Dr Sandrine Delarue-Cochin
Laboratoire de Synthèse Organique et de Pharmacochimie
UMR CNRS 8076 BioCIS
Faculté de Pharmacie de Châtenay-Malabry
5, rue J.-B. Clément
92296 Châtenay-Malabry Cedex
1
Remerciements
Tout d’abord, je tiens à remercier le professeur Christian CAVÉ de m’avoir accueilli au sein du laboratoire
de Synthèse Organique et de Pharmacochimie qu’il dirige. Je le remercie pour sa gentillesse permanente à
mon égard.
Je remercie également le Professeur Delphine JOSEPH pour avoir acceptée ma demande de stage au sein
de ce laboratoire.
Tous mes remerciements aux Docteurs Sandrine DELARUE-COCHIN et Frédéric HENDRA de m’avoir
encadrés et guidés le long de ces six semaines de stage pour leur patience envers mes interrogations
concernant la chimie organique. Je les remercie pour leur gentillesse, leur calme et leur bonne humeur.
J’adresse mes sincères remerciements à Hadia ALMAHLI, doctorante qui a consacré tout son temps parfois
même au détriment de ses travaux, à m’expliquer les tâches à suivre et à interpréter les résultats.
Enfin, je remercie tou(te)s les autres stagiaires et doctorant(e)s avec qui j’ai passé des moments
agréables et notamment lors des pots.
2
RESUME
Le laboratoire dans lequel j'ai effectué mon stage est spécialisé dans le domaine de la synthèse asymétrique
via la réaction de Michael. C'est pourquoi, durant mes six semaines de stage, j'ai synthétisé des composés
racémiques en phases solide et liquide en partant d'un composé achiral. Dans mon cas, j'ai synthétisé
plusieurs composés par réaction d'un β-énaminoester avec différents accepteurs de Michael. Ainsi, l'objectif
était d’étudier l’effet de l’ester de tert-butyle sur la réaction de Michael asymétrique d’un point de vue
réactivité et énantioséléctivité.
ABSTRACT
The laboratory where I realized my training is specialized in the asymmetric synthesis through Michael
reaction. That's why, during my training, I realized the synthesis of racemic compounds through Michael
reaction. In my case, I synthesized several compounds by reaction of a β-énaminoester with different
Michael acceptors in solid and liquid phases. So, the purpose of my training was to study the effect of tertbutyl ester on Michael asymmetric reaction concerning reactivity and enantioselectivity.
Mots clés : Synthèse asymétrique, Réaction de Michael.
Key words : Asymmetric synthesis, Michael reaction.
3
ABREVIATIONS
αD
CaH2
Bn
Cat
CCM
CDCl3
DCM
éq
g
h
HCl
Hz
IR
M
MeOH
mg
MHz
mL
mmol
NaCl
Na2SO4
Ph
ppm
Rf
RMN
THF
T amb
UV
pouvoir rotatoire (sur la raie D du sodium)
hydrure de calcium
benzyle
catalytique
chromatographie sur Couche Mince
chloroforme deutéré
dichlorométhane
équivalent
gramme
heure
acide chlorhydrique
hertz
Infra-rouge
mol.l-1
méthanol
milligramme
mégahertz
millilitre
millilmole
chlorure de sodium
sulfate de sodium anhydre
phényle
partie par million
rapport frontal
résonance magnétique nucléaire
δ
déplacement chimique
s
singulet
d
doublet
q
quadruplet
m
multiplet
J
constante de couplage
tétrahydrofurane
température ambiante
Ultra-violet
4
SOMMAIRE
Remerciements
Résumé – Abstract
Abréviations
Sommaire
PRESENTATION DU LABORATOIRE ……………………………………...........……………1
PARTIE THEORIQUE …………………………………………………………………………….2
I-INTRODUCTION ………………………………………………………………………………………………………3
1. La chiralité – rôle biologique ………………………………………………………………………………….3
2. Réaction de Michael …………………………………………………………………………………………..4
II-PROJET DE RECHERCHE …………………………………………………………………………………………5
1. Présentation du projet ………………………………………………………………………………………...5
2. Etude en phase liquide ……………………………………………………………………………………….6
a. Préparation des β-cétoesters ...................................................................................................6
b. Préparation des β-énaminoesters …………………………………………………………………..6
c. Réaction de Michael asymétrique …………………………………………………………………..7
3. Etude en phase solide ………………………………………………………………………………………..8
PARTIE PRATIQUE ………………………………………………………………………….…10
I-TECHNIQUES ET INSTRUMENTS ……………………………………………………………………………….10
1-Les techniques expérimentales ………………………………………………………………………….10
2-Les techniques analytiques ………………………………………………………………………………10
II-DESCRIPTION DES MANIPULATIONS …………………………………………………………………………11
1- Préparation de 2-méthylacétoacétate de tert-butyle ………………………………………………….11
2- Synthèse de 2-méthyl-3-(1-phényl-éthylamino)-but-2-énoate de tert-butyle ……………………….11
3- Synthèse de 4-acétyl-4-méthyl-5-oxohexanoate de benzyle ………………………………………...12
4- Préparation de 2-méthylacétoacétate de tert-butyle complexé par la résine de wang ……………13
5- Préparation de l'énamine complexée par la résine de Wang ………………………………………..13
6- Synthèse de 2-acétyl-2-méthyl-pentanedioate de 5-benzyle et 1-méthyle …………………………13
7- Synthèse de 2-méthyl-3-oxo-N-(1-phenyléthyl)butanamide à partir de 2-méthylacétoacétate de
tert-butyle et de la (+/-)-1-phényléthylamine …………………………………………………………………….….14
CONCLUSIONS ET PERSPECTIVES ……………………………………………………...…16
REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES ……………………………………………………….17
5
PRESENTATION DU LABORATOIRE
Le laboratoire dans lequel j’ai effectué mon stage de recherche est attaché à la faculté de pharmacie de
Châtenay-Malabry. Il s’agit du Laboratoire de Synthèse Organique et de Pharmacochimie, une des
composantes de l’unité BioCIS (Biomolécules Conception Isolement Synthèse) associée au CNRS (UMR
8076) et dirigée par Mr Bruno FIGADERE. Les thèmes de recherche de ce laboratoire sont la synthèse
d’analogues du glutamate et leur utilisation comme ligands de récepteurs du glutamate et la synthèse des
peroxydes potentiellement antipaludiques.
La faculté de pharmacie de Châtenay-Malabry est la plus importante de France du fait de l’importance de sa
surface (23 000 m²) dédiée à son activité de recherche. Elle comporte 56 chercheurs du CNRS et de
l’INSERM Et 190 enseignants-chercheurs.
Cette unité se subdivise en trois pôles de recherche :
SUBSTANCES NATURELLES / HEMISYNTHESE :




Etude des molécules à activité anti-parasitaire et anti-tumorale.
Mise au point de nouvelles techniques de séparation et d’analyse végétale.
Etude des molécules biologiquement actives d’origine végétale.
Travaux de synthèse et nouvelles méthodologie de synthèse.
PHARMACOCHIMIE :



Etude des inhibiteurs de synthèse du cholestérol.
Etude des ligands récepteurs.
Etude des molécules à activité antiparasitaire, anti-tumorale, anti-prion et antivirale.
METHODOLOGIE DE SYNTHESE :









Etude des inhibiteurs de synthèse du cholestérol.
Etude des molécules à activité antiparasitaire et anti-tumorale.
Synthèse de molécules fluorées.
Mise au point de nouvelles techniques de séparation et d’analyse végétale.
Nouvelles méthodologies en synthèse et en synthèse asymétrique.
Synthèse totale de composés d'intérêt pharmacologique.
Travaux de synthèse et nouvelles méthodologies de synthèse.
Utilisation de hautes pressions en synthèse organique.
La « phase fluorée » en synthèse organique.
6
BioCIS
UMR CNRS 8076
Organigramme UMR CNRS 8076
BioCIS – Juillet 2008
Administrateur
Services Communs
Monique SEVERAC (I.E)
RMN
Microanalyses
RMN
J.C.Jullian 50%(I.E)
C. Troufflard (A.E)
E. Morvan (I.E)
Secrétaire/Gestionnaire
Isabelle MICHEL (T)
Microanalyses / HPLC
K. Leblanc (T)
Synthèse Organique et
Pharmacochimie
Pr. C. Cavé / Dr. D.Desmaele
Chimie des Substances Naturelles
Molécules fluorées et reconnaissance
moléculaire et synthèse
Pr E. Poupon / Dr. B. Figadère
Dr. D. Bonnet-Delpon
Conception de molécules
d'intérêt thérapeutique
Pr J.D. Brion et Dr. M. Alami
Pr.J.D.Brion / Dr.M Alami
Pr
D.R
M.C
M.C
ATER
ATER
A.I
AT
Hein
D. Joseph
F. Dumas
S. Delarue-Cochin
F. Hendra
L. Cabral
E. Drège
M. Danet
C. Bouchard-Le
Pr
Pr
Pr
M.C
M.C
M.C
M.C
I.E
T
AJT
AGT
AGT
AST
G. Fournier
G. Lewin
P. Loiseau
C. Bories
C. Fourneau
P. Champy
F. Roblot
J-C. Jullian 50%
B. Meniel
F. Boireau
J. Bausset
B. Coulibaly
M. Croy
C.R
C.R
MC
M.C
M.C
M.C
I.E
A.I
AST
B. Crousse
J. Legros
J.F. Berrien
T. Milcent
S. Ongeri
J. Kaffy
J-L. Soulier
M. Giner
M. Chambellan
M.C
M.C
M.C
MC
C.R
I.E
T
A. Bekaert
J-F. Peyrat
O. Provot
A. Hamze
S. Messaoudi
P. Le Menez
P. Spruyt
7
PARTIE THEORIQUE
I-INTRODUCTION
1. La chiralité – rôle biologique
En chimie, un composé chimique est dit «chiral» [du grec «chiros»=main] s'il n'est pas superposable à son
image dans un miroir. Dans le cas contraire, la molécule est alors achirale. Si une molécule est chirale, elle
possède deux formes énantiomères : une lévogyre (noté L) («qui tourne à gauche») et une dextrogyre (noté
D) («qui tourne à droite») qui font tourner un rayonnement polarisé de manière opposée. Un mélange
racémique, c’est-à-dire un mélange équimolaire d’énantiomères, est donc inactif par compensation. L'un des
exemples est celui des acides aminés (figure 1).
O
H
N
2
O
H
N
2
O
H
C
H
3
O
H
C
H
3
D
-a
la
n
in
e
L
-a
la
n
in
e
Figure 1 : Structure de L-alanine et D-alanine
Dans la pratique, une molécule est chirale si et seulement si elle est dépourvue de tout axe impropre d'ordre
n (n entier strictement positif), noté Sn . Il s'agit de la rotation de la molécule de nπ autour de l'axe suivi d'une
réflexion par rapport un plan perpendiculaire à cet axe. Une molécule possédant n carbones asymétriques
comporte 2n stéréoisomères en relation d'énantiomérie et de diastéréoisomérie. Deux énantiomères
possèdent les mêmes propriétés physiques (solubilité, point d'ébullition,...), et seule la déviation de la
lumière polarisée peut différencier les deux formes. L'une la dévie à droite et l'autre à gauche. Le rapport
entre la chiralité et l'activité optique a été mis en évidence pour la première fois par L. Pasteur en 1848
(Critère de Pasteur).
En ce qui concerne la nomenclature utilisée : les chimistes utilisent les symboles R (Rectus) et S (Sinister)
fondé sur la description dans l'espace des différentes substituants autour d'un atome, (R= si on tourne de
gauche à droite et S= si on tourne de droite à gauche). Les biologistes préfèrent plutôt les symboles L et D.
Mêmes si les énantiomères possèdent les mêmes propriétés physiques, leurs propriétés biologiques
diffèrent. En effet, les systèmes biologiques sont constitués de molécules chirales telles que les protéines,
les glucides, les acides nucléiques... Et les réponses physiologiques de ces systèmes dépendent de
l'énantiomère considéré. Les phénomènes de reconnaissance impliquent l'interaction de différentes
positions de la molécule reconnue par des sites complémentaires localisés sur des surfaces (membranes,
surfaces protéiques...).
Un cas fréquent est celui où un énantiomère est biologiquement actif, l'autre énantiomère ne possèdant
aucune activité et agissant comme un simple ballast. Il en est ainsi avec l' α-méthyl-Dopa de configuration S
utilisé comme agent anti-parkinsonien alors que ce même composé de configuration R est inactif (figure 2).
H
O
C
O
H H
O
C
2
2
H
C
3
H
O
A
n
t
ip
a
r
k
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s
o
n
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N
H
2
H
N
2
O
H
C
H
3
O
H
I
n
a
c
t
if
figure 2 : Structure de l'α-méthyl-Dopa
De nos jours, l'utilisation des molécules sous forme racémique est contrôlée par l'AMM (Autorisation de Mise
sur le Marché) afin d'éviter des problèmes comme ceux rencontrés avec la Thalidomide dont l'énantiomère R
8
avait un effet sédatif, mais dont l'énantiomère S avait un effet tératogène (figure 3).
O
O
H
N
H
N
O
*
O
O
E
f
f
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C
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O
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t
o
g
è
n
e
C
o
n
f
i
g
u
r
a
t
i
o
n
S
H
Figure 3 : Structure de la Thalidomide
C'est pourquoi, il est très important de contrôler les carbones asymétriques dans la synthèse de composés à
visée thérapeutique, afin d'obtenir sélectivement un énantiomère ou un diastéréoisomère particulier ayant
une activité biologique spécifique. La réaction de Michael en est une bonne voie.
2-Réaction de Michael
La réaction de Michael a été découverte en 1887 par le chimiste américain A.Michael. Elle permet
l'allongement de la chaîne carbonée entre un composé α,β-éthylénique et un nucléophile (schéma 1). Les
accepteurs de Michael sont variés et possèdent une double liaison éthylénique rendue électrophile par la
présence d’un groupe attracteur conjugué, tels que : les aldéhydes, les cétones, les esters, les nitriles, les
sulfoxydes et les composés nitrés. Quant aux donneurs, nous pouvons noter : les énolates, les carbanions
et les dérivés organométalliques.
O
O
R
R
Nu
O
R
H2O
Nu
Nu
Schéma 1 : Schéma général de la réaction de Michael
Dans notre cas, nous avons utilisé une β-énaminoester obtenu par réaction d'un cétoester α-substitué avec
la 1-phényléthylamine chirale. Ces énamines réagiront ensuite avec des alcènes électrophiles pour conduire
après hydrolyse à des dicétones substitués.
Cette réaction permet la création d'un centre quaternaire en α et éventuellement d'un centre tertiaire en γ
avec un haut degré d'induction asymétrique. Cette réaction est applicable à des énaminoesters acycliques
ou cycliques1.
La réaction de Michael asymétrique présente plusieurs avantages :


L’auxiliaire chiral utilisé est disponible à un prix raisonnable sous ses deux formes et avec une grande
pureté énantiomérique et de plus, on peut le récupérer à la fin de la réaction sans perte d’activité
optique.
La réaction de Michael est hautement régioséléctive et stéréoséléctive.

Les conditions de cette réaction sont douces et ne nécessitent pas de haute température ou de bases
fortes.
Le haut degré d’induction asymétrique de la réaction de Michael repose sur le fait que l’énaminoester
présente une liaison hydrogène intramoléculaire qui lui confère une structure pseudo-cyclique de géométrie
Z très stable (schéma 2).
9
Ph
N
O
O
+
R2
O
CH2Cl2 dist
Na2SO4 activé
Ph
OR
NH2
R2
Agitation, 4 j
OR
R1
R1
Ph
Tautomérie
O
O
H
1)
N
GEA
R2
OR
2) H+
O
R2
R1
OR
GEA
R1
Schéma 2 : Enamine fortement stabilisée par une liaison hydrogène intramoléculaire
II-PROJET DE RECHERCHE
1. Présentation du projet
La mission qui m'a été confiée est la synthèse de composés racémiques acycliques sur supports liquide et
solide via la réaction de Michael appliquée à des β-énaminoesters issus de la condensation des β-cétoesters
avec un mélange racémique de la 1-phényléthylamine en utilisant différents accepteurs de Michael tels que
l’acrylate de benzyle, la phénylvinylsulfone et l’acrylonitrile (Schéma 3). Le point de départ de ces deux
approches est le 2-méthylacétoacétate de tert-butyle.
GEA = COOBn, SO2Ph, CN
Réaction de Michael Asymétrique
Ph
O
1°)
H
N
O
2°) Hydrolyse
Ph
Phase liquide
O
GEA
Ot-Bu
Ot-Bu
GEA
NH2
ß-énaminoester
O
Me-I
O
Ot-Bu
O
O
O
O
Alkylation
O
O
Me-OH
Ot-Bu
OMe
O
Clivage
ß-cétoester
GEA
GEA
1°)
GEA
Phase solide
2°) Hydrolyse
Résine de Wang
Ph
HO
Ph
H
O
O
N
O
O
NH2
O
O
Schéma 3 : Synthèse envisagée
10
2. Etude en phase liquide
a. Synthèse du β-cétoester
La première étape de mon projet consistait en la synthèse du β-cétoester (2-méthyléthylacétoacétate de tertbutyle) (schéma 4). Celui-ci est obtenu à partir d'acétoacétate de tert-butyle commercial. Ce dernier est
déprotoné par le carbonate de césium. Le carbanion formé est stabilisé par mésomérie et réalise une
substitution nucléophile sur l’iodométhane.
Le mélange obtenu est impur car contient en plus du produit monométhylé désiré ; un produit diméthylé
parasite et des traces du réactif de départ. Il a fallu procéder à deux techniques de purification : d’abord,
nous avons essayé la méthode de la distillation sous pression réduite qui a, malheureusement, provoqué la
dégradation du produit. En RMN, nous avons observé la formation de tert-butanol. La deuxième méthode est
la purification sur colonne chromatographique, qui a bien fonctionné avec un bon rendement de 80%. Le
produit obtenu sera utilisé pour les synthèses en phases liquide et solide.
O
O
O
O
CO2-3
Ot-Bu
O
Ot-Bu
O
Me-I
Ot-Bu
Schéma 4 : Mécanisme d’alkylation de l’acétoacétate de tert-butyle
b. Synthèse du β-énaminoester
Nous avons effectué la synthèse de (+/-)-2-méthyl-3-(1-phényl-éthylamino)-but-2-énoate de tert-butyle partir
de la (+/-)-1-phényléthylamine. L'amine étant nucléophile, le doublet libre de l'azote attaquera le carbone
éléctrophile du carbonyle par addition nucléophile, suivi d'un équilibre prototropique puis de l'élimination
d'eau pour former une imine. Du fait de la présence d'une liaison hydrogène intramoléculaire, l'énamine est
plus stable que l'imine, et c'est ce composé qui est obtenu expérimentalement.
O
O
DCM dist
Na2SO4
O
Ot-Bu
prototropie
O
HN
Ot-Bu
Ot-Bu
CH3
H2N
OH
O
H2N
Ph
Ph
Elimination de H2O
Ph
Ph
NH
Ph
O
N
O
(E)
Tautomérie
(Z)
Enaminoester
Ot-Bu
Ot-Bu
Iminoester
Schéma 5 : Mécanisme d’obtention de β-énaminoester en utilisant une amine racémique
Un premier essai est réalisé avec des conditions classiques 2 : montage Dean Stark au reflux dans du
toluène. Le spectre RMN obtenu montre la formation de l’amide avec un rendement après purification de
20%. Le rendement faible obtenu serait dû à la perte du produit lors de la purification sur colonne (Difficulté
à distinguer les tâches correspondant au produit d’intérêt sur les plaques CCM). Cette réaction parasite est
connue dans la littérature3.
Le mécanisme de cette réaction est le suivant :
Le doublet libre de l'azote de l'amine attaque le centre électrophile de l'ester tert-butylique par addition
11
nucléophile suivi de l'élimination de Ot-Bu, permettant ainsi de capter l'hydrogène de l'ammonium (équilibre
acide-base).
O
O
D
eanS
tark
T
olu
ène
O
O
t-B
u
A
dd
itionn
ucléo
phile
H
N
2
P
h
O
N
H
2
O
t-B
u
O
O
P
h
E
lim
in
ation
O
N
H
2
P
h
+
O
t-B
u
O
A
cide-base
N
H
P
h
Schéma 6 : Mécanisme de formation de l’amide
La réaction a lieu dans un second essai en présence de Na 2SO4 et de DCM sous agitation (conditions
douces), et le spectre RMN montre les pics caractéristiques de l'énamine notamment le singulet du NH vers
9 ppm. Nous obtenons un bon rendement de 81%.
c. Réaction de Michael asymétrique
A partir de l'énaminoester obtenu précédemment, et par réaction avec un alcène éléctrophile substitué par
des groupes accepteurs de Michael tels qu’une sulfones (SO2Ph), un ester benzylique (COOBn) et un nitrile
(CN), nous obtenons des cétones disubstituées. La réaction se fait au reflux du THF en présence d’une
quantité catalytique d’hydroquinone afin d’éviter les réactions de polymérisation de l’accepteur de Michael.
Les adduits de Michael sont obtenus après hydrolyse avec de bons rendements de l’ordre de 48% pour
l’ester benzyliques. Faute de temps, les dérivés sulfone et nitrile n’ont pu être purifiés et caractérisés.
Cependant, nous avons observé en RMN la formation des composés attendus.
La réaction de Michael se fait selon le mécanisme suivant : le doublet libre de l'azote de l'énaminoester est
délocalisé par mésomérie, ce qui permet à l'alcène nucléophile de ce composé de s'additionner sur la
double liaison de l'accepteur de Michael rendu électrophile par la présence de C=O. L'étape suivante est un
équilibre prototropique permettant d'obtenir l'énol, qui par équilibre céto-énolique (tautomérie), donne la
fonction cétone (ester pour l'accepteur). Enfin, la fonction imine est hydrolysée pour donner la fonction
cétone. L'amine utilisée étant racémique, nous obtenons un mélange racémique de deux énantiomères.
12
THFdist
Hydroquinone
Reflux
H
Ph
N
O
Ph
NH
O
Prototropie Ph
Ot-Bu
N
O
Ot-Bu
Ot-Bu
O
BnO
O
OH
BnO
BnO
Tautomérie
Ph
NH
O
NH+
Ph
OH2
Ph
O
Ot-Bu
N
O
H+
Ot-Bu
Ot-Bu
H2O
O
O
O
BnO
BnO
BnO
Prototropie
O
Ph
NH2
O
O
Elimination
HO
Tautomérie
Ot-Bu
Ot-Bu
O
O
BnO
BnO
Schéma 7 : Réaction de Michael suivie de l’hydrolyse de l’imine formée
Nous avons démontré la réactivité du cétoester de tert-butyle sur des accepteurs plus ou moins réactifs. La
perspective serait de réaliser les mêmes synthèses, mais en mode chiral.
3. Etude en phase solide
Parallèlement à cette étude en phase liquide, nous avons commencé une étude en phase solide. L’avantage
de réaliser la réaction de Michael en phase solide est que la dernière étape, c'est-à-dire l’obtention du
composé racémique, ne nécessitant pas de purification comme c’était le cas en phase liquide, ce qui évite la
perte de temps. En effet, l’étape permettant d’obtenir le produit d’intérêt est le clivage de la liaison résineproduit, ainsi, il est récupéré dans le filtrat sans aucune purification. Le mécanisme est le même qu’en phase
liquide, sauf la première étape où l’on a une addition-élimination, et la dernière où l’on a une estérification.
O
O
O
A
dditionnucléophile
O
t-B
uH
O
O
O
H
O
O
t-B
u
O
H
A
cide-B
ase
O
H
O
P
rototropie
O
t-B
u
O
O
O
O
E
lim
ination
+O
t-B
u
O
Schéma 8 : Mécanisme d’addition nucléophile de la résine de wang
Remarque : faute d’abondance de pages, nous ne pouvons pas détailler le mécanisme de l’estérification.
Un premier essai s’est soldé par l’échec puisque le 2-méthylacétoacétate ne s’est pas fixée sur la résine. Le
deuxième essai a bien fonctionné avec un rendement de 15% pour la formation de l’énaminoester et 40%
pour la formation du composé final.
13
O
O
OMe
O
O
Schéma 9 : Composé obtenu en phase solide
14
PARTIE PRATIQUE
I- TECHNIQUES ET INSTRUMENTS
1- Les techniques expérimentales
1-1 les solvants
Tous les solvants utilisés sont purifiés avant utilisation par séchage, puis distillation sous atmosphère
d’azote. Le toluène est séché sur CaH2 et le THF par un mélange benzophénone/sodium. Les réactions
requérant des conditions anhydres sont effectuées sous atmosphère inerte d’argon.
1-2 La chromatographie sur couche mince (CCM)
Les réactions sont suivies par chromatographie sur couche mince (CCM). Les plaques de CCM sont
constituées de couches de gel de silice fluorescente (Machery Nagel 60 F 254 ) déposées sur des plaques de
verre. Les produits sont révélés par fluorescence à la longueur d’onde de 254 nm ou grâce à un révélateur
chimique : souvent le réactif de Kägi Misher. Ainsi, les produits sont caractérisés par leur rapport frontal.
1-3 La chromatographie sur colonne
En ce qui concerne la purification, les produits sont purifiés sur colonne chromatographique sur gel de silice
(Merck Gel de Silice 60 de granulométrie 40-63 μm (silice fine).
1-6 Le montage Dean Stark
L'appareil Dean Stark est un montage utilisé pour extraire l'eau du milieu réactionnel. Il est utilisé en
association avec un réfrigérant à eau et un chauffe-ballon afin d'éliminer l'eau produite par une réaction
chimique en chauffage à reflux et éventuellement d'autres.
2-Les techniques analytiques
2-1 La Résonance Magnétique Nucléaire
Les spectres de Résonance Magnétique Nucléaire (RMN) 1H et 13C sont révélés sur un appareil Bruker ARX
200 à respectivement 300 et 75 MHz ( image 1 ). Les produits sont dissous dans un solvant deutéré tel que
le chloroforme (CDCl3). Les déplacements chimiques δ sont exprimés en partie par million (ppm) et les
spectres sont calibrés sur le pic caractéristique du solvant (d = 7.26 ppm pour le proton et 77 ppm pour le
carbone). La multiplicité de spin est indiquée comme suit : s=singulet, d=doublet, t=triplet,q=quadruplet, qt
=quintuplet et m=multiplet. Les constantes de couplages J sont exprimées en Hz et les spectres RMN sont
traités à l’aide du logiciel MestREC.
2-2 La spectroscopie Infrarouge (IR)
Les fonctions chimiques caractéristiques des produits sont
identifiées par spectrométrie Infrarouge (IR) à l’aide d’un
spectromètre Bruker Vector 22 ( image 2 ).
Image 1 : Appareil RMN
15
Image 2 : spectrophotomètre IR
2-2 Le pouvoir rotatoire
Les pouvoir rotatoires (αD ) devraient être mesurés à la longueur d’onde de la raie D du sodium (589 nm) sur
un polarimètre Polartronic E Scmidt+Haensch 2095 dans une cellule de 1 dm de longueur. Les
concentrations sont exprimées en g pour 100 mL, la valeur du pouvoir rotatoire est indiqué en degré
(d’angle) pour une température de 20°C.
Les réactions en HLPC devraient être réalisées avec un appareil Sté Basset Fils et Cie.
II- DESCRIPTION DES MANIPULATIONS

Préparation du 2-méthylacétoacétate de tert-butyle
O
1) Cs2CO3
Acétone anhydre
2) Me-I
O
Ot-Bu
Reflux, 24 h
O
O
Ot-Bu
C9H16O3
M=172,2236 g.mol-1
Mode opératoire4 :
Dans un bicol de 250 mL contenant 16.29 g de carbonate de césium Cs 2CO3 (50 mmol, 1éq), sont ajoutés
sous atmosphère d’argon 50 mL d’acétone anhydre puis 8.28 mL d’acétoacétate de tert- butyle commercial
(50 mmol, 1 éq). Le mélange est porté à reflux pendant 1heure. Ensuite, sont ajoutés lentement à l’aide
d’une ampoule à brome 3.42 mL d’iodométhane (CH 3-I) à 0°C. Le milieu réactionnel est chauffé à reflux
pendant 24 heures. Après refroidissement, les sels sont filtrés et lavés à l’éther. Le filtrat est évaporé puis
concentré sous vide pour ensuite être purifié sur colonne de silice (cyclohexane/Acétate
d'éthyl/dichlorométhane : 7.5/0.5/2).
Résultats et analyses :
Huile brune de masse m=6.37 g
Rendement η = 80 %
Rf=0.23
O
O
7
2
3
1
5
O
6
 Spectre RMN 1H (300 MHz, CDCl3) δ (ppm) : 1.3 (d, J= 2Hz, 3H,
(4)CH3), 1.45 (s, 9H, (7)tBu), 2.2 (s, 3H, (1)CH3), 3.4 (q, J= 7.1Hz, 1H ,
(3)CH).
 Spectre RMN 13C (75 MHz, CDCl3) δ (ppm) : 11 (C4), 21 (C1), 29 (C7),
54 (C3), 82 (C6), 170 (C5), 205 (C2).
4

Synthèse de 2-méthyl-3-(1-phényl-éthylamino)-but-2-énoate de tert-butyle
16
Ph
H
O
O
Ph
+
Ot-Bu
N
CH2Cl2 dist
Na2SO4 activé
NH2
O
Ot-Bu
Agitation, 4 j
C18H25O2N
M=359,401 g.mol-1
Mode opératoire :
Dans un ballon de 100 mL, sont introduits 1g de sulfate de sodium activé (7.04 mmol, 5éq) avec un barreau
aimanté. La poudre blanche est séchée sous agitation et sous vide à l'aide d'un pistolet chauffant afin de
s'assurer que la poudre ne contienne plus d'eau puisque le produit désiré est sensible à l'eau. Puis, 20 mL
de dichlorométhane distillé sont ajoutés sous atmosphère d'argon suivi de 0.220 g de (+/-)-1phényléthylamine (1.815 mmol, 1.1éq) et de 0.202 g de 2-méthylacétoacétate de tert-butyle (1.18 mmol,
1éq). Le mélange est placé sous atmosphère d'argon sous agitation à température ambiante pendant 4
jours. Le mélange est ensuite filtré, lavé au dichlorométhane distillé et le filtrat est concentré sous vide.
Résultats et analyse :
Huile brune de masse 0.310 g
Rendement
η=81%
8
Spectre RMN 1H (300 MHz, CDCl3) δ (ppm) : 1.4 (s, 3H,
(2)CH3), 1.5 (s, 9H, (6)tBu), 1.7 (d, J= 5.9Hz, 3H, (8)CH3),
N
O
10
2.1 (s, 3H, (1)CH3), 4.1 (q, 1H, J= 6.6Hz, (9)CH), 7.26 à 7.4
7
(m, 5H, (11)Ar-H), 9.5 (d, 1H, J= 7Hz, N-H).
11
4
5
3

Spectre RMN 13C (75 MHz, CDCl3) δ (ppm) : 25 (C1), 17
O
6
1
(C2), 124 à 128 (C11), 171 (C5), 90 (C6), 52 (C9), 28 (C7),
13 (C8), 145 (C3), 138 (C10), 93 (C4).
2
 Spectre IR (cm-1) : 3023 (N-H), 1713 (C=O), 1641 (C=C)
[abaissement de ν pour ces trois groupes dû à la conjugaison], 1452 -1493 -1597 (C=C aromatique),
1247 (C-O), 1120 (C-N).
9

H
✔
Synthèse de 4-acétyl-4-méthyl-5-oxohexanoate de benzyle
Ph
H
N
O
1) Hydroquinone
THF dist
Reflux 66°C , 5 j
+
Ot-Bu
O
O
Ot-Bu
COOBn
2) AcOH 10%
T amb, 3 h
COOBn
C19H26O5
-1
M=334,4114 g.mol
Mode opératoire :
A une solution de 2-méthyl-3-(1-phényl-éthylamino)-but-2-énoate de tert-butyle (0.310 g, 1.1272 mmol, 1éq)
placée dans un bicol de 100 mL muni d'un barreau aimanté, sont ajoutés 10 mL de THF distillé sous
atmosphère d'argon, suivi de l'addition de 0.200 g d'hydroquinone (quantité catalytique), puis sont
additionnés goutte à goutte 0.930 g d'acrylate de benzyle (6.2837 mmol, 3éq). Le mélange réactionnel est
porté à reflux sous vive agitation pendant 5 jours. Après refroidissement, le THF est évaporé puis trois
extractions à l'acétate d'éthyle sont réalisées. Les phases organiques sont réunies puis lavées par une
solution d'acide chlorhydrique (1M) puis par 30 mL de NaCl saturé. Le mélange est séché sur Na 2SO4 pour
ensuite être concentré sous vide afin de purifier le produit sur une colonne de silice (cyclohexane/AE : 9/1).
Résultats et analyse :
O
O
6
2
Huile brune de masse = 0.15 g
Rendement η= 48 %
Rf=0.28
4
3
O
1
5
9
7
8
O
10
O
17
11
12
13

Spectre RMN 1H (300 MHz, CDCl3) δ (ppm) : 1.2 (s, 3H, (7)CH3), 1.4 (s, 9H, (6)tBu), 2,1 (s, 3H,
1
2
1
2
(1)CH3), 2.3-2.5 (dd, J= 4Hz et J= 8Hz, 2H, (8)CH2), 2.7-3 (dd, J= 3Hz et J= 7Hz, 2H, (9)CH2), 5 (s,
2H, (11)CH2), 7.26 à 7.30 (m, 5H, (13)Ar-H).
 Spectre RMN 13C (75 MHz, CDCl3) δ (ppm) : 19 (C7), 27 (C1), 28
(C8), 29 (C6), 30 (C9), 59 (C3), 66 (C11), 82 (C5), 128-130 (C13), 136
(C12), 170 (C4), 172 (C10), 205 (C2).
Remarque : Nous n’avons pas pu finir la synthèse des deux autres produits avec les accepteurs de Michael
sulfonique et nitré (obtention de produits bruts non purifiés).

Préparation de 2-méthylacétoacétate de tert-butyle complexé par la résine de wang
O
Toluène
DeanStark
O
O
O
+
+ HO
Ot-Bu
Reflux110°C, 24h
t-BuOH
O
Mode opératoire :
Dans un bicol, sont introduits 1.00604 g de résine de wang (2.55 – 2.73 mmol, 1éq), additionné de 20 mL de
toluène distillé. Ensuite, 2.4166 g de 2-méthylacétoacétate de tert-butyle (14.05 mmol, 1éq) sont ajoutés
sous atmosphère d’argon. Le ballon est surmonté d'un montage de type Dean Stark pour une température
maximale de bain de 110°C. Le mélange réactionnel placé sous argon est agité et porté à reflux pendant 24
heures. Après refroidissement, le produit fixé sur la résine est filtré puis concentré sous vide.
Résultats et analyse :
Solide
Masse de produit fixé = 66.15 mg
 Spectre IR du produit (cm-1) : 1744 (νC=O), 1244 (νC-O).
 Spectre IR de la résine de Wang (cm-1) : 2925 (νO-H) et pas de pic à 1744 ou 1244.
✔
Préparation de l'énamine complexée par la résine de Wang
Ph
H
O
O
Ph
O
+
H2N
Toluène
Dean Stark
Reflux 130°C, 24 h
N
O
+ H2 O
O
Mode opératoire :
Dans un ballon de 100 mL placé sous argon sont introduits 1.06615 g de 2-méthylacétoacétate de tert-butyle
complexé par la résine de Wang obtenu précédemment (0.67277 mmol, 1éq), suivi de l'addition de 20 mL de
toluène distillé puis de 0.2106 mL de la (+/-)-1-phényléthylamine (1.6339 mmol, 3éq). Le ballon est
surmonté d'un montage Dean Stark avec un bain à 130°C. Le mélange réactionnel est porté à reflux sous
agitation pendant 24 heures. Après refroidissement, la solution est filtrée et lavée au toluène. Le solide
obtenu est concentré sous vide.
Résultats et analyse :
Solide
Masse de la (+/-)-1-phényléthylamine fixée par 2-méthylacétoacétate de tert-butyle complexé par la résine
de Wang = 10 mg
Rendement η=15%
 Spectre IR (cm-1) : 2920 (ν N-H), 1611-1642 (ν C=O), 1452-1511 (ν C=C aromatique) [ ν abaissé par
conjugaison pour ces trois groupements), 1217-1241 (ν C-O), 1000 (ν C-N).
✔ Synthèse de 2-acétyl-2-méthyl-pentanedioate de 5-benzyle et 1-méthyle
18
Ph
1) Hydroquinone
THF dist
Reflux 66°C, 48 h
H
N
O
O
O
+
COOBn
O
O
2) AcOH 10%
T amb, 2 h
COOBn
O
O
O
O
MeOH
O
OMe
COOBn
C16H20O5
COOBn
M=292,331 g.mol-1
Mode opératoire :
Dans un bicol de 100 mL muni d'un barreau aimanté, sont ajoutés 0.010 g de 2-méthyl-3-(1-phényléthylamino)-but-2-énoate de tert-butyle complexé par la résine de Wang (0.0494 mmol, 1éq), puis sont
introduits 10 mL de THF distillé sous atmosphère d'argon, suivi de l'ajout de 0.200 g d'hydroquinone puis
0,020 g d'acrylate de benzyle (0.1351 mmol, 2éq) goutte à goutte sous chauffage à 66°C. Le mélange
réactionnel est porté à reflux pendant 48h. Après refroidissement, 10 mL d'acide acétique sont ajoutés.
Après 2 heures d'agitation à T ambiante, le mélange est filtré, puis transféré dans un ballon de 100 mL suivi
de l'introduction de 7 mL de THF distillé. Ensuite, 0.13147 g de NaOMe dans 1 mL de méthanol anhydre y
sont ajoutés sous argon5. Le mélange est porté à reflux pendant 1 heure puis filtré et concentré sous vide.
Résultats et analyse :
O
2
O
3
4
1
6
7
Masse = 4 mg
Rendement η = 40 %
5
OMe
 Spectre RMN 1H (300 MHz, CDCl3) δ (ppm) : 0.9 (s, 3H, (6)CH3) 1.9
(s, 3H, (1)CH3), 2.2 (dd, 2H, 1J= 3.7Hz et 2J= 8.1Hz, 2H, (7)CH2), 3.1
(dd, 2H, 1J= 5Hz et 2J= 7Hz, (8)CH2), 3.95 (s, 3H, (5)CH3), 5.1 (s, 2H,
(10) CH2), 7.3 (m, 5H, (12)Ar-H).
8
O
9
O
10
 Spectre RMN 13C (75 MHz, CDCl3) δ (ppm) : 22 (C1), 23 (C7), 25
(C8), 31 (C5), 39 (C6), 51 (C3), 115 (C10), 128-130 (C12), 136 (C11),
170 (C4), 172 (C9), 205 (C2).
11
12
✔
Synthèse de 2-méthyl-3-oxo-N-(1-phenyléthyl)butanamide à partir de 2-méthylacétoacétate de
tert-butyle et de la (+/-)-1-phényléthylamine
O
Ph
O
Toluène
Dean Stark
+
Ot-Bu
NH2
Reflux 130 °C, 24 h
O
O
Ph
NH
Me
+ t-BuOH
C13H17O2N
M=219,2828 g.mol-1
Mode opératoire :
Dans un bicol de 100 mL, sont introduits 0.200 g de 2-méthylacétoacétate de tert-butyle suivi
successivement de l'addition sous atmosphère d'argon de 20 mL de toluène distillé et de 0.220 g de la (+/-)1-phényléthylamine (1.81 mmol, 1.1 éq). Le ballon est surmonté d'un montage de type Dean Stark. Le
mélange réactionnel placé sous argon est agité et porté à reflux pendant 24 heures. Après refroidissement, il
est purifié sur colonne de silice (cyclohexane/AE : 7/3).
Résultats et analyses :
19
Huile brune
Masse = 40 mg
Rendement η=20 %
Rf=0.13

9
O
O
8

2
3
1
6
5
N
H
Spectre RMN 1H (300 MHz, CDCl3) δ (ppm) : 0.8 (d, 3H, J=
7.3Hz, (4)CH3), 1,3 (d, 3H, J= 6,7Hz, (7)CH3), 2,3 (s, 3H, (1)CH3),
3,3 (q, 1H, J= 7Hz, (3)CH), 4 (q, 1H, J= 6,7Hz, (6)CH), 7.2-7.3 (m,
5H, CHaromatique), 10.3 (d, 1H, J= 6.7Hz, NH).
Spectre RMN 13C (75 MHz, CDCl3) δ (ppm) : 9 (C7), 18 (C1), 29
(C4), 48 (C6), 70 (C3), 125 (C9), 143 (C8), 201 (C2), 178 (C5).
7
4
20
CONCLUSION ET PERSPECTIVES
Dans la synthèse de composés à visée thérapeutique, il est important de contrôler la formation des centres
asymétriques, afin d’obtenir des molécules qui auront l’effet biologique souhaité. ). Ainsi, l'objectif était
d’étudier l’effet de l’ester de tert-butyle sur la réaction de Michael asymétrique d’un point de vue réactivité et
énantioséléctivité.
La formation de l’énaminoester en phase liquide a donné de bons rendements (de 80 à 95%). En revanche,
en phase solide cette même réaction a donné des rendements faibles de l'ordre de 15%.
La réaction de Michael fonctionne plutôt bien avec des rendements raisonnables de l’ordre de 50% en phase
liquide et 40% en phase solide.
Faute de temps, nous n’avons pas pu purifié les deux produits obtenus par addition des deux autres
accepteurs de Michael. Par conséquent, nous ne pouvons pas comparer la réactivité et l’enantioséléctivité
de l’ester butylique par rapport aux esters éthylique et méthylique.
Ces six semaines de stage m’ont permis de découvrir le secteur de la recherche en synthèse organique et
d’apprendre de nouvelles méthodes de manipulation. Ce stage fut très enrichissant et a confronté mon envie
de poursuivre dans ce domaine de la chimie (chimie pharmaceutique). Du point de vue expérimental, j’ai pu
développer mon sens de l’autonomie.
21
REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES
Réactivité d’énaminoesters chiraux acycliques vis-à-vis de la réaction de Michael : application à
la synthèse de nouveaux précurseurs d’amino- et d’hydroxyacides optiquement actifs. Pharmacochimie.
Université de Bourgogne, 2005, 208, 70-92
1F.Hendra.
2C.Mottet,
O.Hameli, G.Garavel, J-P.Deprès, and A E. Greene. A Simple and Efficient Preparation of
Propargylic β-Keto Esters through Transesterification. J. Org. Chem. 1999, 64, 1380-1382
3J.Stewart
Witzemann and W. Dell Nottingham. Transacetoacetylation with tert-Butyl Acetoacetate :
Synthetic Applications. J. Org. Chem. 1991, 56, 1713-1718
Réactivité d’énaminoesters chiraux acycliques vis-à-vis de la réaction de Michael : application à
la synthèse de nouveaux précurseurs d’amino- et d’hydroxyacides optiquement actifs. Pharmacochimie.
Université de Bourgogne, 2005, 208, 162-163
4F.Hendra.
5T.Yao,
D.Yue, and R C.Larock. Solid-Phase Synthesis of 1,2,3-Trisubstituted Indoles and 2,3-Disubstituted
Benzofurans via Iodocyclization. J.Comb. Chem. 2005, 7, 809-812
22