KAMPEL Rafael Travaux Pratiques Chimie Organique IB Semestre

KAMPEL Rafael
Travaux Pratiques
Chimie Organique IB
Semestre d'hiver 1998/99
Assistant: J. Jodry
Projet n° 36:
Genève, le 2 février 1999

1. Introduction
Le but de cette expérience est de synthétiser l'acide anthranilique, aussi connu sous le
nom d’acide amino benzoïque, par dégradation de Hofmann de la phtalimide. La réaction
étudiée est illustrée ci-dessous:
L'acide anthranilique est couramment employé comme anti-corrosif pour métaux. Son
ester méthylique est largement utilisé en parfumerie (orange).
2. Résultats et discussion
Le mécanisme de cette réaction n'est guère évident à déterminer. Il est nécessaire
premièrement de déterminer s'il y a une hydrolyse menant à l'ouverture du cycle au début de
la réaction ou non. Toutefois, dans le cas d'une hydrolyse par catalyse basique, il faudrait
chauffer les réactifs à 300°C, ce qui écarte cette possibilité. Voici donc la suite des réactions
menant du substrat au produit final, l'acide anthranilique :
• Déprotonation de la phtalimide.
• Bromation du substrat.
• Addition d'un ion hydroxyle.
• Elimination du brome halogénure et formation d’un acylnitrène.
• Réarrangement et formation d’un isocyanate.
• Hydrolyse aboutissant à un acide carbamique.
• Décomposition de ce dernier et formation de l’acide anthranilique.
• Neutralisation du milieu afin de pouvoir récupérer le produit.
Toute la réaction commence par la déprotonation de l'azote suivie par son halogénation.
L'addition d'un nouveau ion d'hydroxyde entraîne l'élimination du brome. Une fois le brome
éliminé nous avons un ion nitrène (acylnitrène) qui est très instable car il contient un atome
neutre déficient en électrons ; il se stabilise par migration du groupe alkyle donnant ainsi un
isocyanate, analogue azoté du dioxyde de carbone. Le carbone de l’isocyanate hybridé en sp
est extrêmement électrophile et est donc attaqué par l’eau aboutissant à un acide carbamique.
Ce dernier étant instable, il se décompose en amine et dioxyde de carbone. La dernière étape
consiste à neutraliser le milieu, visant à reprotoner le groupement carboxylique, entraînant
ainsi sa précipitation.
NH
O
O
COOH
NH2
Phtalimide Acide anthranilique

Voici le mécanisme de la réaction:
Comme discuté plus tôt, il serait également possible d'effectuer cette réaction en
commençant par une hydrolyse. L'hydrolyse est très importante car elle ouvre l'hétérocycle,
permettant ainsi à l'amide de réagir par la dégradation de Hofmann. S'en suit la dégradation
elle-même dont on peut résumer en quelques lignes en précisant que la réaction commence
avec la déprotonation de l’azote entraînant la formation d’un ion amidate. Il survient ensuite
l’halogénation de l’azote et la perte d’un autre proton de l’azote de manière à fournir un N-
halogénoamidate qui élimine immédiatement l’halogène sous forme d’ion:
NH
O
O
OH- , H2O
O
O
NH2
O
Phtalimide
-H2O
O
O
NH-
OBr Br
O
O
N
O
H
Br
NH
O
O
Phtalimide
NaOH
-H2ON
O
O
Na+Br Br
-NaBr NBr
O
O
-OH
NBr
O
OH
O
O
OH
O
NBr
Br
-
O
OH
O
N
O
OH
N C O NOOH
H
OH
O
Acide carbamique
OH2
-CO2
OH
O
NH2
Acide anthranilique
Isocyanate
Acylnitrène

En tous les cas, on peut affirmer que la dégradation de Hofmann est une réaction
catalysée par un halogène et ayant lieu en milieu basique.
L’analyse des spectres nous permet de constater, à première vue, la présence de quelques
impuretés non-identifiables (produits de vaisselle, graisse, etc ( ?)) ainsi que des traces de
solvants, le CDCl3. L’analyse complète du spectre sera présentée lors de la partie
expérimentale.
Le rendement de la réaction est de 22,5%.
3. Questions
1. Expliquez pourquoi il est nécessaire de neutraliser le mélange réactionnel pour isoler
le produit de manière efficace.
Etant donné que le produit est un acide, en milieu basique il se trouvera sous forme
déprotonée. Dès lors, il faut qu’il soit en milieu acide ou basique afin de pouvoir l’isoler
efficacement.
2. Ecrivez le mécanisme des réarrangements de Curtius et Beckmann et expliquez
pourquoi ils sont corrélés au réarrangement de Hofmann.
La ressemblance avec la dégradation de Hofmann est très grande, du point de vue
mécanistique. Dans les deux cas nous avons une déprotonation du substrat amenant à une
dégradation en amine et dioxyde de carbone.
Le mécanisme du réarrangement de Beckmann diffère de celui de Curtius dans le fait
qu'il n'y a pas de décomposition du produit final. Il s'agit d'une réaction de réarrangement des
oximes de cétones en amines lorsque celles-ci sont chauffées avec des réactifs, suivi d'un
traitement avec de l'eau. Les réactifs les plus utilisés couramment sont le PCl5 et SOCl2.
Le mécanisme se fait en 4 étapes:
• Formation d'un bon groupe sortant au niveau du groupement hydroxyle (par
estérification ou protonation de celui-ci).
• Migration d'un groupement alkyle ou aryle du carbone α avec élimination du groupe
sortant.
Réarrangement de Curtius:
CR O
N3
∆CR O
N N+N
-N2OCN R OH2
O C N R
O+
HH
OCN R
H
OH
RNH2CO2
+

• Recombinaison du groupe sortant avec le carbone chargé positivement pour donner
un énol d'amine.
• Hydrolyse de l'énol pour donner une amine par traitement avec l'eau.
4. Conclusion
La synthèse de l’acide anthranilique par dégradation de Hofmann de la phtalimide est une
méthode très simple à réaliser au laboratoire. Toutefois, elle possède un mécanisme
compliqué en plusieurs étapes nécessitant plus que de la simple déduction afin de l’élucider.
Il existent plusieurs autres alternatives de synthèse de l’acide anthranilique, mais celles-ci
sont souvent plus complexes que celle que nous avons effectuée. Ces deux alternatives sont
illustrées ci-dessous :
COOH
NN
H
H
NH2
COOH
NH2+
NN
HH
Errede, L.A.; J. Org. Chem., 1976, 41, 1763
COOEt
NO
H
HMPT
COOEt
NH2
Pedersen, E.B.; Tetrahedron, 1977, 33, 217 HMPT = Hexamethyl phospohric triamide
Réarrangement de Beckmann:
C
Me NOH
PCl5C
Me NOPCl4Me C+N
+OPCl3+Cl
Cl
NC
Cl
Me
OH2
N
H
C
Me O
Acétophénone-oxime
Acétanilide