l`énoncé ici - PCSI Chimie

Lycée Jean Dautet – La Rochelle -
S’entraîner
Pours’entraîneravecdesindicationscorrespondantaux
questionsquevousdevezvousposer.
Devoir Surveillé n° 7 – option PC
S’entraîner
Exercice 2 : chimie organique / étapes de la synthèse de
la réserpine et de la quadrone [extraits de publications
de synthèses].
Lespremièresétapesdelasynthèsed’unemoléculequis’appellelaréserpinesontdécritescidessous:
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1) Comments’appellecettepremièreétape?
Regardezquellefonctionaétémodifiéeetqu’est-elledevenue?
Quelleestlafonctioncréée?
Qu’est-ceque«KH»?C’estK+etH-:H-estl’ionhydrure,etc’estune
baseforte.
Qu’est-cequeMeI:c’estCH3-I,quisubitdesSN2facilement.
Finalement,vousavezdûreconnaîtrelenomd’unesynthèseaussi
connueparleschimistesqu’unemarquederasoirJ…
2) Décrirelesdeuxréactionsquilacomposentenproposantleséquationséquilibrées.
Poursuivons…
Visiblement, on remarque que cette action du dihydrogène sur le groupe OBn permet la
déprotection du groupe OH: le groupe OBn subit une hydrogénolyse, et on retrouve le
groupeOH.
3) Quelle est la nature de la transformation? Citez un autre réactif qui aurait permis la
mêmetransformation.
2
Regardezquellefonctionaétémodifiéeetqu’est-elledevenue?
Quelleestlafonctioncréée?
Reconnaîtrealorslanaturedelaréaction:addition?substitution?
élimination?oxydation?réduction?
Vousdevezciterlenomd’unréactifutiliséenTPlundidernier
(surtoutsivousavezsynthétisélecamphre)
Dans une autre synthèse, la synthèse de la quadrone en 26 étapes, datant de 1982,
interviennentnotammentlesétapessuivantesquisontétudiéesunpeuplusendétail…
Après5étapesnondétailléesici,leproduitci-dessousesttransforméenA.
POURrépondreauxquestionssuivantes:
Examinezlesdeuxformulestopologiques.
Qu’est-cequiachangé?Qu’a-t-onouvert?
Quelssontlesréactifs?
OsO4/NMOdoitvousfairepenseràuneréactionvuedanslechapitre
Oxydationdesalcènes.Iln’yariend’autresdonccen’estpasune
oxydationclivante.
Parcontre,ensuite,onutiliseNaIO4,oxydantfort,etvousavez
obtenudeuxgroupementscarbonyle.
Aexaminerparvous.
VousnepouvezpaslàproposeruneoxydationdeLemieux-Johnson
carcen’estpasensemblequeOsO4ETNaIO4sontutilisés…
1) Justifiersoigneusementlaréactivitéplusfaibledeladoubleliaisonducycleà5atomes
decarboneparrapportàcelleducycleà6atomesdecarbone.
Récitezvotretabledeconjugaisonchimique…
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2) ReprésenterAenprécisantl’aspectstéréochimiquedelaréaction.
3) QuelleréactionsubitalorsAdansladeuxièmeétape?
Problème : les alcaloïdes [X ENS ESPCI PC 2015]
Les alcaloïdes sont des substances naturelles azotées basiques comportant
systématiquement,àquelquesexceptionsprès,unhétérocycleazoté.Métabolitessecondaires
produits à partir d’aminoacides par des végétaux, des champignons ou certaines espèces
animales, les alcaloïdes constituent le groupe de produits naturels le plus grand et le plus
diversifié. Leurs propriétés biologiques très variées (analgésiques, antibiotiques,
antifongiques, antitumorales, antipaludiques…) justifient l’intérêt qu’ils suscitent. Il est
intéressant de noter qu’à l’heure actuelle, 80% des principes actifs des médicaments
contiennent un atome d’azote dans leur structure, et pour plus de la moitié d’entre eux, il
s’agit d’un hétérocycle azoté. Dans ce problème, nous nous intéresserons à la famille des
alcaloïdesissusdumétabolismedelalysine,enétudiantlesétapesinitialesdelabiosynthèse
ainsi que la synthèse totale de deux composés de cette famille : l’allosédamine et la
fawcettimine.
I.
Synthèsedel’allosédamine
La (–)-allosédamine [14] appartient à la famille des alcaloïdes de lobelia
inflataextraitsd’uneplante(«tabacindien»)poussantsurlecontinentnordaméricainetutiliséeparlespopulationslocales,audix-neuvièmesiècle,pour
traiter les problèmes respiratoires malgré sa toxicité à dose élevée. Le cycle
azoté à six chaînons de l’allosédamine est issu du métabolisme de la lysine
alorsquelachaînelatéraleprovientd’unautreaminoacide,laphénylalanine.
Une synthèse de la (–)- allosédamine [14] a été réalisée à partir de l’alcool
énantiomériquementenrichi[15](F.-X.FelpinetJ.Lebreton,2002);ledébutdecettesynthèseest
décritdansleSchéma3.
Lecarbonatemixte[16](synthétiséàpartirdel’alcool[15])réagitd’abordaveclebromure
d’iode dans le toluène à - 85 °C pour conduire sélectivement au carbonate cyclique [17]. Le
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traitement de [17] par le carbonate de potassium dans le méthanol mène ensuite
sélectivement au composé [18]. Par ailleurs, l’alcool [15] a été traité par l’acide métachloroperoxybenzoïque(m-CPBA)dansledichlorométhaneà0°Cet,danscesconditions,un
mélangeéquimolairedesdeuxcomposésisomères[18]et[18’]estobtenu.
Lastructuredescomposés[18]et[18’]estdécriteci-dessous:
1) Préciserleliendestéréoisomérieentre[18]et[18’].
Nonpasd’aide:vousdevezdires’ilssontdoncénantiomèresou
diastéréoisomères.
Ilfautbienlejustifiercependant.
La fin de la synthèse de la (–)-allosédamine est résumée sur le Schéma 4. Seules les deux
premièresétapessontétudiéesici.
Schéma4–Findelasynthèsedela(–)-allosédamine
Le composé [18] est traité par le chlorure de tert-butyldiméthylsilyle en présence de
triéthylaminepuislecomposé[19]obtenuesttransforméenalcoolsecondaire[20].
L’alcool [20] traité par le chlorure de méthanesulfonyle en présence de triéthylamine
conduitaucomposé[21](C20H34O4SSi)quiestensuitechaufféavecunesolutionaqueusede
méthylaminedanslediméthylformamide(DMF)pourobtenirl’amine[22].Aprèstraitement
de[22]parledicarbonatededi-tert-butyle(Boc2O),lecarbamatedetert-butyle[23]estisolé
puis transformé en composé [24]. Finalement, le chauffage de [24] en présence d’acide
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chlorhydriqueconcentrédansleméthanolà60°Cs’accompagned’undégagementgazeuxde
dioxydedecarboneetde2-méthylpropène(l’éthersilyléestaussicoupédanscesconditions
fortementacides).Aprèsajoutd’hydrogénocarbonatedesodiumsolidejusqu’àobtentiond’un
pH de 9-10 puis extraction par le dichlorométhane et purification par chromatographie sur
colonnedesilice,la(–)-allosédamine[14]estisolée.
[19]alastructuresuivante:
Unréactifpourtransformer[19]enalcoolsecondaire[20]estlesuivant:
2) Rappeler brièvement l’équation de la réaction de formation de ce réactif, en
précisantbienl’étatphysiquedesréactifs.
Pasd’aide….
3) Repérer dans la molécule [20] le groupe alkyle de l’organomagnésien. Proposer
alorsunmécanismequiillustrel’attaquenucléophiledel’organomagnésiensurle
composé[19].Dequelleétapeestsuivielaréactiondel’organomagnésien?
Pasfacile,elleneseraitpasdansledevoirdejeudi
Jevouslaisselaréponse…
Onreconnaîtbienlegroupeallyledel’organomagnésiendans[20]:
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A lieu alors une substitution nucléophile sur l’atome de carbone le moins
encombré,quiestenmêmetempsleplusélectrophile.Onaouvertureducycleet
obtention d’un anion alcoolate: l’ouverture du cycle est rendue facile par la
rupturedelaliaisonC-O:ilyavaitunefortetensiondecycledanscepetitcycleen
C3 et le cycle étant peu stable, la rupture de la liaison C-O est ici facile,
contrairementàcequenousavonspudiredanslecasgénéral.
Cette réaction de l’organomagnésien est bien entendu suivie d’une hydrolyse
acidepourobtenir[20].
Lepassagede[20]à[22]peutserésumerainsi:
MsCldésignelechloruredemésyle:
4) Pourquoi ne peut-on pas passer directement de [20] à [22] en utilisant l’amine
MeNH2?
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Pasfacile,elleneseraitpasdansledevoirdejeudi
Jevouslaisselaréponse…
Pourdeuxraisons:
-
lapremière,c’estquelegroupeOHestunmauvaisgroupepartant,sousla
formeHO-.Donconnepeutpastravaillerenmilieubasiquecarlenucléofuge
n’estpasbon.
-
Lasecondeestquelemilieuacideestdanscecaspréférable,maisalorsl’amine
RNH2,quiestunebase,seraaussiprotonée,etiln’yauradoncplusdedoublet
libreportéparN,doncplusdepropriétésnucléophiles...
Conclusion: la transformation «directe» R-OH en R-NH2 n’est jamais
possible.
5) Quelestalorsl’intérêtdepasserparl’intermédiaire[21]?
CelapermetdeconvertirlegroupeOHenunbongroupepartant,souslaforme
d’unmésylate.
LegroupeOMeestunbongroupepartanteneffet.
6) Nommerlaréactionpermettantlepassagede[21]à[22].Détaillerlemécanisme
réactionnel sachant qu’une dernière étape est la déprotonation d’un ion
ammoniumconduisantàl’amine[22].
Examinezlesdeuxformulestopologiques.
Qu’est-cequiachangé?Onaremplacéungroupeparunautre.
LaconfigurationduCachangé.
Ungroupeprendlaplaced’unautre.EnPCSI,ças’appelleune:
a- substitution
b- élimination
c- oxydation
d- réduction
ToutcequiprécédéaconvertiunOHenBGP
L’amineMeNH2estnucléophilecarl’atomed’azoteporteun
doubletlibre.
Vousvoyez???
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III.
Synthèsetotaledelafawcettimine
La fawcettimine [29], isolée pour la première fois en 1959, appartient à la famille des
alcaloïdes de lycopodium qui possèdent des structures polycycliques originales, et sont des
inhibiteursdel’acétylcholinestérase.Cesalcaloïdessontenpartieissusdumétabolismedela
lysine. Ainsi, la fawcettimine [29] possède une structure tétracyclique et un motif
carbinolamine qui est en équilibre avec une forme ouverte dicéto-amine tricyclique [30]
(Schéma6).
Schéma6–Équilibredelafawcettimineavecsaformeouverte
Dans cette partie, une synthèse totale de la fawcettimine est étudiée (G. Pan et R. M.
Williams,2012).Elledébuteparl’élaborationducycleBde[30]àpartirdubromocétal[31]
selonleSchéma7.
Schéma7–ConstructionducycleBdelafawcettimine
7) t-BuOK est une base très forte. Indiquer quel type réaction permet de passer de
[31]à[32].Donnerlastructurede[32].
OK,ilyaunebaseforte.tBuOK,c’estK+ettBuO-;regardezdansle
cours:tBuO-estunebasetrèsfortetrèsencombrée(c’estl’anion
alcoolatedetBuOH,le2-méthylpropan-2-ol).
Elleestopposéeàquoi?
Aunemoléculeavec«deuxyeuxronds»:onn’enapasvuencours.
Acettemoléculequiporteunatomedebrome.
DonccettemoléculeàlunettesestundérivéRX…
RXetbasefortedonc…répondezbiensinonvousêteséliminé(e)…
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8)
Commentpeut-ontransformer[33]et[34]en[35]?
Làencore,ques’est-ilpassé?
Uncyclaaétéouvert.Unedoubleliaisonaétécassée.
Enfait:
C=CestdevenueC=OetO=C
Répondezlemieuxpossiblemaintenant…encitantbienle(s)
réactif(s)
LebicycleA-Bde[30]estensuiteélaboréàpartirde[36]enaccordavecleSchéma8.
Schéma8–ConstructiondubicycleA-Bdelafawcettimine
Intéressons-nous au passage de [40] à [41]. Il est représenté ci-dessous et repris cidessous,sansleslettresAetBdésignantlescycles,etdeuxatomesd’hydrogène,allégeant
l’écriture:
9) La molécule [40] possède 2 fonctions cétones. Peut-on distinguer ces deux
fonctionsenspectroscopieinfra-rouge?
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Récitezvotretabledeconjugaisonchimique…
10) Ecrireleschémaréactionnelmontrantlaréductiondelacétone[40]enalcool
[41].
Occupez-vousuniquementdelaréductiondelacétoneenalcool,et
pasdutoutdel’autremodificationdelamolécule.
C’estdanslecoursetdanslecompte-rendudeTPdelundi.
Données :
Numéros atomiques de H : 1
de C : 6
de O : 8
FIN DU CORRIGE
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