1999

KAMPEL Rafael
Travaux Pratiques
Chimie Organique IB
Assistant : J. Jodry
Projet n° 22 :
Genève, le 30 janvier 1999
1. Introduction
Cette expérience vise à produire le Phenyl-1-ethanol par réduction de l’acétophénone. Il
s’agit ici d’une réaction de réduction classique d'une cétone par le borohydrure de sodium :
O
OH
NaBH4
EtOH
Acétophénone
Phenyl-1-ethanol
Le produit obtenu est largement utilisé dans l’industrie pharmaceutique et également dans
la production des cosmétiques où il est utilisé dans des parfums.
2. Résultats et discussion
Le mécanisme de cette synthèse se fait en deux étapes :
1. Le fixage d’un ion H- provenant de NaBH4 sur l’acétophénone.
2. Protonation de l’oxygène carbonylique par le solvant.
O
OH
H OEt
+
+
Na H3
+
Na H3
B OCH2CH3
Ethoxyborohydrure de sodium
B H
Lors de ce genre de réactions, nous mettons à profit la nature électrophile du carbone
carbonylique à l’aide d’un hydrure pouvant générer un H- auquel le carbone est sensible.
Quant au produit secondaire de cette réaction, l’éthoxyborohydrure de sodium, il est
encore capable d’attaquer trois autres molécules d’acétophénone jusqu’à ce que tous les
hydrures aient été largués. Donc, un équivalent de borohydrure peut réduire quatre
équivalents d’acétophénone en phenyl-1-éthanol. Le bore se retrouve finalement sous forme
de tétraethoxyborate, B-(OCH2CH3)4.
Le spectre RMN nous révèle qu’il ne reste plus aucun solvant dans l’échantillon et avec
une analyse plus poussée nous arrivons aisément à reconnaître tous les protons présents
dessus.
Le rendement total de la réaction est de 57,2%.
3. Questions
Comparez les réactifs LiAlH4 et NaBH4 dans les réactions avec RCOCl, RCHO, RCOR’,
RCOOR’, RCOOH, RCN, RCONH2, C6H6, RCH=CHR.
Afin de pouvoir comparer ces deux réactifs, nous nous devons premièrement de décrire
les différences entre eux du point de vue réactionnel.
L’hydrure de lithium aluminium est plus réactionnel que le borohydrure de sodium car
ses hydrogènes sont beaucoup plus basiques. Ils sont alors violemment attaqués par l’eau et
les alcools pour devenir des molécules d’hydrogène. Les réductions par LiAlH4 doivent alors
se faire dans des solvants aprotiques tels que l’éther diéthylique.
Dès lors, nous pouvons conclure que les composés solubles dans les solvants aprotiques
réagiront mieux avec LiAlH4 et ceux solubles dans les solvants protiques réagiront mieux
avec NaBH4. Ceci revient à dire que plus le produit est polaire, plus mieux il réagira avec
NaBH4 et inversement avec LiAlH4.
LiAlH4
NaBH4
RCOCl RCHO RCOR’ RCOOR’ RCOOH
non
non
non
non
non
oui
oui
oui
oui
oui
RCN RCONH2 C6H6
non
non
oui
oui
oui
non
RCH=CHR
oui
non
On constate alors que NaBH4 est le réactif le plus approprié dans la plupart des cas.
4. Conclusion
Cette expérience se déroule sans problème particulier, et offre un très bon rendement
pour une méthode plutôt simple à comprendre et à réaliser. La plus grande partie des pertes
sont dues à un problème d’interprétation discuté plus loin en détail dans la partie
expérimentale. La purification du produit est très efficace éliminant ainsi toute trace
d’impureté dans l’échantillon.
Il existent plusieurs autres alternatives de synthèse pour ce composé. Une méthode
proposée est d’utiliser un réactif de Grignard (PhMgCl) avec Et2O dans THF1. Une autre
méthode trouvée dans la littérature consiste en l’hydrogénolyse de la phenyloxirane avec du
Ni-Raney, Pd/C dans une solution de Na2CO32.
5. Partie expérimentale
5.1 Mode opératoire
Réactifs employés :
• Acétophénone
• Borohydrure de sodium
• Ethanol
1
2
J. Org. Chem., 22 (1957), 1202-5.
J. Org. Chem., 24 (1959), 1847.
9,95g (82,9 mmol)
3,44g (91,0 mmol)
40 ml
L’éthanol et l’acétophénone sont placés dans un ballon à deux cols muni d’un réfrigérant
et d’une ampoule à addition. Une solution de 3,44g de NaBH4 dans 20 ml d’eau et 0,5 ml de
NaOH est ajoutée pendant environ 20 minutes. Le mélange est alors agité pendant 3h.
Lorsque toute l’acétophénone est réduite (vérification par TLC), la réaction est refroidie à
0°C et 40ml de HCl 2N sont ajoutés prudemment. Le mélange est alors versé dans une
ampoule à décanter dans 100 ml d’éther, mais on remarque alors que l’hydrolyse n’est pas
tout à fait finie. Le mélange est alors laissé au repos pendant la nuit.
Le lendemain, on constate la formation de sels dans l’ampoule à décanter, possiblement
du NaCl. On continue toutefois l’extraction 3 fois avec 100ml d’éther et la phase organique
est alors lavée avec une solution de 10% de NaHCO3 et de l’eau et finalement séchée sur
MgSO4.
L’éther est alors éliminé dans le rotavapor et le produit est finalement distillé sur 1g de
K2CO3 afin d’éviter que l’alcool se déshydrate. On distille d’abord à pression ambiante afin
d’éliminer toute trace d’éther dans l’échantillon par précaution. Une fois toute la fraction à
32°C passée, on distille à pression réduite. On distille alors à 115°C/27 mmHg. Le produit
passe avant la température attendue, soit 105°C ; la plupart des pertes sont dues au temps mis
pour se rendre compte qu’il s’agissait effectivement du produit.
5.2 Résultats
On effectue alors une analyse par CPV pour vérifier la pureté du produit. Celle-ci est
extrêmement longue (temps de rétention : ~45min et température d’abord à 120°C et puis
augmentée à 180°C). Nous arrivons tout de même à conclure que l’échantillon est dépourvu
d’impuretés et/ou produits secondaires.
Le rendement est ensuite déterminé. Comme expliqué plus tôt, une molécule de
borohydrure peut réduire jusqu’à quatre équivalents d’acétophénone. On en conclut que
l’acétophénone est le réactif limitant. Le nombre de moles de phenyl-1-ethanol attendues est
alors de 82,9 mmol. Nous avons récupéré 5,81g de phenyl-1-éthanol, soit 47,64 mmol. Ceci
représente un rendement de 57,2%.
5.3 Analyse des spectres
On commence l’analyse par le spectre IR. Etant donné que la référence ne nous donne
pas les valeurs des pics avec précision, mais plutôt une idée de l’apparence du spectre, nous
allons énumérer ceux-ci et les expliquer, basés sur la littérature.
IR : 3604 ; 3435 ; 3020 ; 2978 ; 2890 ; 2464 ; 1952 ; 1881 ; 1811 ; 1758 ; 1603 ; 1493 ;
1452 ; 1377 ; 1225 ; 1076 ; 1008 ; 897 ; 747 ; 698 ; 674 ; 605 ; 540.
Les principales fonctions se situent à :
3604 cm-1 : O-H stretching
2890 cm-1 : -C-H stretching
1603 cm-1 : noyau aromatique
1378 cm-1 : -CH3 déformations symétriques
1076 cm-1 : -C-OH, C-O stretching
Le spectre RMN nous procure, comme toujours, des informations plus valeureuses à
propos de la structure.
Nous y distinguons tous les protons comme s’en suit :
Premièrement, l’amas de protons situés aux alentours de 7,27 PPM proviennent
inévitablement du noyau aromatique, dont les protons qui sont attachés ont comme
déplacement chimique toujours 7,27 + …. On en conclut que tous les 5 protons appartenant
au noyau aromatique s’y trouvent.
Ensuite, d’après les tables, le déplacement chimique d’un groupement méthyle (CH3-CO) est d’environ 1,3 PPM. Ce qui nous permet d’attribuer les 3 protons de ce groupe aux
valeurs voisines de 1,5 PPM.
Il reste à présent distinguer entre les deux protons restants. Le proton attaché à l’oxygène
a un déplacement chimique avoisinant 4,5 PPM, donc nous l’attribuons au pic situé aux
alentours de 4,87 PPM. Finalement il reste le dernier proton, lié au carbone portant le
groupement hydroxyle, situé à environ 2,17 PPM.
Finalement on peut calculer les constantes de couplage pour chaque proton, plus
particulièrement pour ceux se trouvant sur un carbone adjacent à celui qui porte le
groupement OH. La constante de couplage pour les protons du groupement méthyle J = 6,42
Hz. Celle du proton attaché au carbone portant le OH est de J = 8,66 Hz. Finalement, le
proton du groupement OH a pour constante de couplage J = 6,50 Hz. On en conclut donc qu’il
existe un couplage entre les protons du groupe méthyle et ce dernier.
6. Références
•
•
•
•
Vollhardt, Schore ; Traité de Chimie Organique, 2ème ed, 1995, ch 8.
Dictionary of Organic Compounds, 5th ed.
J. Org. Chem., 22 (1957), 1202-5.
J. Org. Chem., 24 (1959), 1847.