montage chimie : réactions d’addition nucléophile

Montage chimie : Réactions d’addition

nucléophile

Correcteur Mme. Grosdemange Etudiant : Gilles Rigaux 27/11/2020

Domaine : Synthèse en chimie moléculaire

Thème : Réactions d’additions électrophiles

Protocole à mettre en œuvre : Using NMR Spectroscopy and Chemical Synthesis to Establish

Diastereoselectivity of NaBH4 and Meerwein−Ponndorf−Verley (MPV) Reduction of (±)-Benzoin

Isopropyl Ether: A Collaborative Discovery-Based Laboratory Experiment - Shahrokh Saba,* James A.

Ciaccio,* Lauren McMann, and Tamilla Tariverdieva - J. Chem. Educ. 2020, 97, 1418−1424

Plan :

Élément imposé : Using NMR Spectroscopy and Chemical Synthesis to Establish

Diastereoselectivity of NaBH4 and Meerwein−Ponndorf−Verley (MPV) Reduction of (±)-Benzoin

Isopropyl Ether: A Collaborative Discovery-Based Laboratory Experiment

I. Réaction de bromation du stilbène : synthèse stéréospécifique par addition

électrophile sur un alcène

Drouin, Manipulations commentées de chimie organique Manipulation N°26– p139

II. Synthèse d’un époxyde par addition électrophile régiosélective


Remarques sur le montage :

A ajouter :

Protocole à mettre en œuvre :

Expérience : Using NMR Spectroscopy and Chemical Synthesis to Establish Diastereoselectivity of

NaBH4 and Meerwein−Ponndorf−Verley (MPV) Reduction of (±)-Benzoin Isopropyl Ether: A

Collaborative Discovery-Based Laboratory Experiment - Shahrokh Saba,* James A. Ciaccio,* Lauren

McMann, and Tamilla Tariverdieva - J. Chem. Educ. 2020, 97, 1418−1424

Réactions :

- Deux réactions de réduction du groupement cétone en alcool secondaire avec █ utilisation d’un

hydrure métallique (NaBH4) et █ avec une hydrogénation par transfert d’hydrure (cycle

catalytique de la réduction de Meerwein-Ponndorf-Verley)

- Une réaction de réduction du diastéréoisomène de l’acétal 3 en alcool secondaire avec █

utilisation d’un hydrure métallique (DIBAL-H)

Objectif : Etablir qu’une réaction est diastéréosélective à partir d’une méthode chimique (CCM) et

analytique (RMN)

Réaction n°1 : Réduction avec NaBH4 :

Produits & conditions expérimentales :

Produits employés M (g/mol) m (g) n (mmol) d eq Dangerosité

Solide

(+/-)-benzoin

isopropyl éther 254,33 0,20 0,79 1,00

Inflammable et toxique (irritation

cutanée, oculaire, ingestion, etc…)

Solide

Borohydrure de

sodium 37,89 0,10 2,64 3,34

Très réactif avec eau et acides

produits gaz inflammables, très

irritant

Liquide Ethanol 95% 84,01 Solvant 0,79

Volatile facilement inflammable,

irritation œil et poumon : Hotte

2-isopropoxy-1,2-

diphényléthan-1-ol 256,35 0,20 0,79 1,00

Matériel :

- Ballon bicol (50 mL) (x2)

- Ampoule de coulée isobare

- Eprouvette graduée (10mL)

- Filtre Büchner

- Fiole à vide

- Tige en verre

- Cuve CCM et plaque CCM

- Agitateur magnétique chauffant + barreau magnétique

- Support élévateur

- Cristallisoir

Protocole :

1 – Placer 0,20 g (0,79 mmol) de (±)-benzoin isopropyl ether puis 2 mL d’éthanol à 95% dans un ballon

bicol de 50 mL Agiter le tout quelques minutes. (tout n’est pas dissout)

2 – Ajouter 0,10 g (2,64 mmol) de NaBH4. Agiter de temps à autre et laisser réagir pendant 30

minutes. (un peu de solide est visible)

3 – Ajouter 5 mL d’eau distillée via l’ampoule de coulée puis agiter. Ajouter un boiling stick et le placer

sur une plaque chauffante. Porter à ébullition (ça devrait prendre environ 1 à 2 minutes). – Pourquoi ?

4 – Enlever le boiling stick, ajouter 10 mL d’eau distillée et agiter (solution laiteuse).

5 – Refroidir dans un bain de glace pendant 15 minutes

6 – Pendant que le milieu refroidit, gratter avec la spatule le fond du ballon jusqu’à ce qu’un précipité

blanc se forme (solution de – en – laiteuse) (état métastable, surfusion ?).

7 – Essorer le solide sur un filtre Büchner (rincer le ballon à l’eau glacée)

8 – Placer le solide à l’étuve, peser le solide

9 – Analyser le solide par CCM (dépôt, codépot, produit réaction n°3 si réalisée, sinon réactif de départ)

et (9:1 heptane:EtOAc eluent; visualize by short-wave UV light and PMA staining)

10 –RMN CDCl3 et IR

Réaction n°2 : Réduction MPV avec Al(OiPr)3 :


Produit employés M (g/mol) m (g) n (mmol) d V (ml) eq Dangerosité

Solide

(+/-)-benzoin

isopropyl éther 254,33 0,10 0,39 1,00

Inflammable et toxique (irritation

cutanée, oculaire, ingestion, etc…)

Solide

Isopropoxyde

d'aluminium 204,08 0,40 1,96 4,98

Inflammable, irritant (peau, yeux,

ingestion et inhalation)

Liquide

2-Propanol

anhydre 60,1 Solvant 0,79 4,00

Très inflammable et volatile - très

irritant (peau et appareil

respiratoire)

Liquide

Acide

chlorhydrique 5,00 Irritant (peau, yeux, inhalation)

Liquide Dichlorométhane 12,00

CMR, irritant (peau, yeux,

ingestion et inhalation)

2-isopropoxy-

1,2-

diphényléthan-1-

ol 256,35 0,10 0,39 1,00

Matériel :

2 Ballons bicol de 25 mL (étuve)

Ballon de 100 mL (évaporateur rotatif)

Agitateur magnétique chauffant + petit barreau

aimanté

2 Réfrigérants à boules (étuve)

4 robinets rodés (étuve) + ballons

Seringues (12mL, 5mL) et aiguilles

Septum

2 Eprouvettes graduées (10mL)

2 ampoules à décanter (25 et 50 mL)

2 erlenmeyers de 125 mL (phase aqueuse ou

organique)

Filtre Büchner et fiole à vide

Cuve et plaque CCM

Protocole :

1- Réaliser un montage avec un ballon bicol de 25mL muni d’un barreau aimanté surmonté d’un

réfrigérant à eau, placer 2 robinets rodés (1 avec un ballon d’argon sur le réfrigérant et 1 relié à la

pompe à vide sur le côté)

2- Avant de relier le bouche à la pompe à vide, placer 0,10 g (0,39 mmol) de (±)-benzoin isopropyl

ether puis 0,40 g (1,96 mmol) d’isopropoxyde d'aluminium dans un ballon de 25 mL (utiliser un

bicol). Placer l’agitateur magnétique et fixer le bicol au réfrigérant à bulles.

3- Effectuer une succession de vide-argon.

4- Ajouter doucement 4 mL de 2-propanol anhydre avec une seringue sèche à travers le septum de

l’ouverture du bicol. Porter à reflux pour une durée de 30 minutes

5- Laisser refroidir, puis ajouter 5 mL d’HCl à 1 M puis agiter (solide gélatineux apparait).

6- Verser dans l’ampoule à décanter. Ajouter 5 mL d’eau distillée puis 5 mL de dichlorométhane.

Eventer et agiter pendant quelques minutes. Enlever le bouchon et laisser décanter.

7- Récupérer la phase organique (en bas) dans erlenmeyer de 25 mL. Ajouter 5 mL de dichlorométhane

dans l’ampoule à décanter et extraire la phase organique dans le même erlenmeyer.

8- Vider l’ampoule à décanter dans un nouvel erlenmeyer (phase aqueuse), verser le contenu de

l’erlenmeyer contenant la phase organique dans l’ampoule à décanter, et laver la phase organique

avec 5 mL d’eau distillée.

9- Récupérer la phase organique dans un nouvel erlenmeyer sec puis sécher avec 1,5 g de Na2SO4

anhydre. Agiter et triturer

10- Filtrer sur un filtre Büchner et récupérer le filtrat dans un ballon de 100 mL (préalablement pesé).

Rincer l’erlenmeyer avec du dichlorométhane (2mL).

11- Placer le ballon sur un évaporateur rotatif (60-65°C) pendant 10 minutes.

12- Peser le liquide obtenu après évaporation et calculer le rendement

13- Analyser le produit par CCM (dépôt, codépot, produit réaction n°3 avec DIBAL-H sinon réactif) et

(9:1 heptane:EtOAc eluent; visualize by short-wave UV light and PMA staining)

14- Essayer en remplaçant heptane par éther de pétrole

RMN CDCl3 et IR

Thèmes abordés Techniques mises en œuvre

Réduction cétone en alcool, NaBH4, Al(OiPr)3,

réactions diastéréospécifiques, mécanisme par

solvolyse, mécanisme par cycle catalytique

CCM (acide phosphomolybdique), atmosphère

inerte, évaporateur rotatif, extraction séchage,

montage à reflux, RMN

Réaction n°3 : Réduction avec DIBAL-H :


NON REALISEE – PAS LE TEMPS !

Matériel :

- Ballon (25 mL) – bicol ?

- Seringue 10 mL

- Erlenmeyer (25mL)

- Eprouvette graduée (10mL)

- Tubes à essai

- Réfrigérant à bulles

- Filtre Büchner

Protocole :

1 – Placer 0,10 g (0,39 mmol) de meso-2,2-dimethyl-4,5-diphenyl-1,3-dioxolane (acétonide) puis 2,00

mL de dichlorométhane dans un erlenmeyer de 25 mL.

2 – Fermer l’erlenmeyer avec un septum et le fixer correctement.

Vidéo pour préparer des ballons de dihydrogène ou diazote) :

//www.youtube.com/watch?v=oCv8ShWx3dw

3 – Vidanger l’oxygène présent dans l’erlenmeyer. (ballon de N2 en relation avec milieu réactionnel à

travers le septum, extraire 3 fois le gaz présent dans l’erlenmeyer à l’aide d’une seringue). Laisser le

ballon de N2 en place.

https://www.youtube.com/watch?v=XF3PsMECxAY

4 – Prélever 2 mL de DIBAL-H dans le dichlorométhane (1 M) (lui aussi en contact avec un ballon à

N2). Prélever un peu de N2 présent dans le récipient pour protéger le DIBAL-H dans la seringue avant

de le transférer dans l’erlenmeyer via le septum.

5 –Agiter de temps en temps l’erlenmeyer et laisser la réaction se produire pendant 30 minutes.

6 – Enlever la seringue et le ballon de N2, enlever le septum. Ajouter environ 25 gouttes de MeOH.

7 – Ajouter 4 mL de NaOH 10% et agiter l’erlenmeyer quelques minutes.

8 – Verser le contenu de l’erlenmeyer dans un tube à essai et ajouter 2 mL de dichlorométhane.

(AMPOULE A DECANTER ?)

9 – Laisser décanter les deux phases, extraire la phase organique plus dense à l’aide d’une pipette pasteur

et transférer dans un autre tube à essai. Ajouter 2 mL d’eau distiller et refaire cette mini extraction.

10 – Transférer une nouvelle fois la phase organique dans un autre tube à essai et sécher avec with 0.5

g of anhyd. Na2SO4

11 – Filtrer sur un filtre Büchner et récupérer le filtrat dans un ballon de 25 mL (préalablement pesé).

Rincer le tube à essai avec du dichlorométhane (2mL).

12 – Placer le ballon sur un évaporateur rotatif (50-55°C) pendant 10 minutes. (Teb dichlo environ 40°)

13 – Peser le liquide obtenu après évaporation

14 – RMN CDCl3 et IR

Discussion :

Expérience : Using NMR Spectroscopy and Chemical Synthesis to Establish Diastereoselectivity of

NaBH4 and Meerwein−Ponndorf−Verley (MPV) Reduction of (±)-Benzoin Isopropyl Ether: A

Collaborative Discovery-Based Laboratory Experiment - Shahrokh Saba,* James A. Ciaccio,* Lauren

McMann, and Tamilla Tariverdieva - J. Chem. Educ. 2020, 97, 1418−1424

Mécanisme avec intermédiaire à 6 centres. Propanone Solvant et réducteur !!!

Questions et remarques :

Pourquoi utiliser 3 équivalents de NaBH4 ? A priori combien suffisent ?

A priori 2 suffisent (deux AN d’hydrures pour passer de la cétone à l’alcool. Présence d’une réaction

parasite donc on le place en excès.

Il faut utiliser un entonnoir si on ajoute un liquide, surtout si c’est au-dessus d’une plaque

chauffante.

Comment sait-on que la réaction est terminée ?

CCM

Quel est le composé responsable de l’aspect gélatineux ?

Pourquoi chauffe-t-on ?

Attention, si on chauffe, prévoir un réfrigérant au dessus et le fixer (clips + pince 3 doigts)

Manipuler sous atmosphère inerte est considéré comme un beau geste.

Pourquoi 5 équivalents d’isopropoxyde d’aluminium ?

Normalement c’est un catalyseur. Mais ici en large excès ça marche beaucoup mieux

2-propanol sert-il uniquement de solvant ?

Solvant et réducteur !

Pourquoi ajoute-t-on de l’HCl et pourquoi pas de l’eau ?

L’eau stoppe la réaction. HCl fait disparaitre le produit gélatineux. Forme un sous-produit avec Al

Sels d’aluminium, comment sont-ils d’un point de vue acido-basique ?

Amphotère

A quoi s’attendait-on comme produit(s) en faisant réagir deux réducteurs différents ?

Avec deux réducteurs différents, on pouvait s’attendre à deux diastéréoisomères différents

(diastéréospécificité)

Comment justifier que la réduction s’est bien faite ? Quelle autre analyse peut être faite pour

confirmer la réduction ?

On peut faire un CCM, on peut même tremper une aiguille à travers le septum même si manip sous

argon. Ou autre analyse rapide IR. Avec les spectres ! Attention, vérifier qu’on a le produit avant de

parler de stéréochimie !!!! ne pas aller trop vite dans le raisonnement scientifique.

Pics RMN H du proton ajouté au C de la fonction cétone ?

Doublet de doublet

Pics RMN H de l’isopropyl ?

A heptuplet et un doublet

Thème : Réaction d’additions électrophiles :

Introduction :

Les réactions d’additions sont un type de réaction organique où au moins deux molécules se combinent

pour en former une plus grande. Ces réactions sont conditionnées par la présence de composés contenant

des liaisons multiples (doubles ou triples, liaison PI) et au cours desquelles le degré d’insaturation de la

liaison en question diminue. C’est-à-dire formation de liaison double au dépend d’une triple ou de liaison

simple sigma au dépend d’une liaison double PI.

On distingue deux grands types de réactions d’addition :

- Additions nucléophiles : le substrat possède une liaison insaturée et est le composé électrophile

de la réaction. Il réagit avec un réactif nucléophile. Exemple addition nucléophile sur un

groupement carbonyle ou AN d’un organomagnésien sur un alcène ;

- Additions électrophiles : le substrat possède une liaison insaturée et est le composé nucléophile

de la réaction. Il réagit avec un réactif électrophile.

Ce second cas correspond au thème de la présentation. L’électrophile de l’alcène dépend avant tout de

ses substituants, qu’il convient en premier lieu de maitriser pour poursuivre une réaction de synthèse

moléculaire. L’utilité de ces réactions est importante pour diverse raison :

- Ajout de substituants sur une liaison double ou simple ex : addition de H+ hydrohalogénation,

hydratation, addition de X+ : dihalogénation

- Formation de nouveaux groupements : Epoxydation.

Naturellement, ces réactions ont un intérêt au cours d’une synthèse organique pour la formation de

molécules plus grandes. Mais comme nous allons le voir dans les exemples à suivre, ces réactions

présentent également dans certains cas une stéréosélectivité ou une régiosélectivité intéressante (éviter

des GP et des réaction supplémentaires : chimie verte).

I. Réaction de bromation du stilbène : synthèse stéréospécifique par

addition électrophile sur un alcène

Expérience : (+/-)-1,2-Dibromo-1,2-diphényléthane et méso-1,2-dibromo-1,2-diphényléthane –


Réaction : Bromation du trans- et cis-stilbène

Objectif : Mise en évidence de la synthèse stéréospécifique par addition électrophile sur un alcène

Remarque préalable : Malheureusement, le flacon de cis-stilbène était vide…

Conditions expérimentales de la formation du composé méso :

Equation de réaction :

M (g/mol) m (g) n (mmol) d eq

Trans-stilbène 180,25 0,901 5,00 0,970 1,00

Pyridinium perbromide 319,84 1,570 4,90 - 0,98

Acide acétique 60,05 Solvant 1,049

Méthanol 32,04 0,791

1,2-Dibromo-1,2-diphenylethane 340,05 1,667 4,90 0,98

Matériel :

2 ballons bicol de 25 mL ou 50 mL (x2)

2 réfrigérants à bulles

Pipette jaugée 10 mL & pipette jaugée 5 mL

Barreau aimanté

Agitateur magnétique chauffant (x2)

Supports élévateur (x2)

Thermomètre

Cristallisoir (bain d’eau glacée)

Eprouvette graduée 5 mL (x2)

Béchers

Fiole à vide (x2)

Filtre Büchner (x2)

Cuve CCM + plaque CCM (x2)

Protocole :

1- Dans un ballon de 25 mL, placer un barreau aimanté, verser 901 mg (5,0 mmol) de trans-stilbène

puis 10 mL d’acide acétique. Installer un réfrigérant à bulle au sommet du ballon.

2- Chauffer le ballon jusqu’à dissolution complète (5min à 60°C), puis ramener à température ambiante.

3- Ajouter petit à petit 1,57 g (4,9 mmol) de tribromure de pyridinium

4- Replacer le ballon sur l’agitateur magnétique chauffant, agiter vigoureusement à 40°C jusqu’à

décoloration (15-20 min) et refroidir dans un bain de glace

5- Récupérer le solide sur un filtre Büchner et récupérer le filtrat avec une fiole à vide

6- Essorer le solide, puis le triturer en ajoutant 1 à 2 mL d’éthanol (lavage). Renouveler cette opération

deux fois. Puis maintenir l’aspiration pendant environ 5 minutes

7- Peser le produit, calculer le rendement, mesure de la température de fusion au banc Kofler (Tf =

245°C)

8- Analyse RMN (DMSO-d6)

Conditions expérimentales de la formation du composé (+/-) :



Cis-stilbène 180,25 0,360 2,00 1,011 1,00

Pyridinium perbromide 319,84 0,620 1,94 - 0,98

Acide acétique 60,05 Solvant 1,049

Méthanol 32,04 0,791

Ethanol 46,07 Solvant 0,789

1,2-Dibromo-1,2-diphenylethane 340,05 0,660 1,94 0,98

Matériel :

Ballon 25 mL

Pipette graduée 5 mL

Agitateur magnétique chauffant

Support élévateur

Cristallisoir (bain d’eau)

Fiole à vide

Filtre Büchner

Protocole :

1 – Dans un ballon de 25 mL, placer un agitateur magnétique, placer 360 mg (2,0 mmol) de trans-

stilbène puis 5 mL d’éthanol

2 – Thermostater le ballon dans un bain d’eau à température ambiante jusqu’à dissolution complète

(20°C). Puis ajouter petit à petit 620mg (1,94 mmol) de tribromure de pyridinium

3 – Agiter vigoureusement jusqu’à décoloration (30 min)

4 – Récupérer le solide sur un filtre Büchner et récupérer le filtrat avec une fiole à vide

5 – Essorer le solide, puis le triturer en ajoutant 1 à 2 mL d’éthanol (lavage, évacuer le tribromure de py

résiduel). Renouveler cette opération deux fois. Puis maintenir l’aspiration pendant environ 5 minutes

6 – Peser le produit, calculer le rendement, mesure de la température de fusion au banc Koefler

7 – Analyse RMN (DMSO-d6)


Bromation, addition anti et addition électrophile,

carbocation, synthèse stéréospécifique

Décantation, lavage, essorage, RMN, banc

Koefler

Discussion

La réaction avec production du composé (+/-) n’a pas pu être réalisée, la bouteille de cis-stilbène était

vide… La réaction devrait fonctionner a priori normalement d’après les années précédentes et la

caractérisation avec le banc kofler et RMN donne de bons résultats pour la discussion.

L’éthanol est utilisé à la place du méthanol pour le lavage (toxicité moindre).

Le trans- et le cis-stilbène sont des hydrocarbures aromatiques, présents sous forme de polyphénols à

l’état naturel dans certaines plantes. Ils sont utilisés dans l’industrie comme colorant, ou utiles pour la

recherche en cancérologie. Ils ont été utilisés comme accélérateur de croissance des bovins (aujourd’hui

interdit).

La forme Z (cis) est moins stable et s’isomérise en la forme E (trans) par stimulation photochimique

selon l’équation de réaction ci-dessous (équilibre) :

Cette remarque devrait se retrouver dans les spectres RMN : une partie du dibromure méso (issu du

trans-stilbène) devrait être observé sur le spectre RMN du dibromure racémique (issu du cis-stilbène).

A confirmer comme je n’ai pas pu faire cette réaction…

La bromation classique utilise le dibrome comme réactif et le dichlorométhane comme solvant. Ce

réactif est très corrosif et volatile. Une alternative pour la source de dibrome est l’utilisation du

tribromure de pyridinium, qui par ailleurs déplace l’équilibre de réaction en réagissant avec l’ion Br par

simple réaction A/B.

D’après le mécanisme proposé, la réaction d’addition électrophile anti est stéréospécifique. Cependant,

la présence de composé méso avec le dibromure racémique remet en question la stéréospécificité. Deux

remarques supplémentaires permettent de clarifier ce point :

- D’après la remarque ci-dessus concernant la stabilité d’un alcène vis-à-vis de l’autre, les

solutions de départ ne seraient pas diastéréoisomériquement pur et dans ces conditions, il est

difficile de s’assurer de la stéréospécificité de la réaction.

- Le choix des conditions opératoires a une influence sur le chemin réactionnel et sur les

intermédiaires de réaction. Deux cas de figure sont possibles selon que l’on utilise un solvant

peu polaire (formation d’un ion bromonium ponté) ou un solvant polaire (stabilisation d’un

carbocation). Si le carbocation est stabilité, la rotation autour de la liaison sigma issue de la

liaison PI insaturée est possible et peut modifier les produits d’arrivée (voir figure ci-dessous).

Donc l’emploi d’un solvant très peu polaire conduit à une réaction de bromation stéréospécifique, ou

tout au moins très stéréosélective.

Attention réaction parasite


Pourquoi utiliser le perbromide de pyridinium et pas Br2 ?

La bromation classique utilise le dibrome comme réactif et le dichlorométhane comme solvant. Ce

réactif est très corrosif et volatile (liquide rouge fumant). Une alternative pour la source de dibrome est

l’utilisation du tribromure de pyridinium (solide cristallin rouge stable), qui par ailleurs déplace

l’équilibre de réaction en réagissant avec l’ion Br par simple réaction A/B.

Comment se forme de dibrome ?

Pyridinium tribromide catalyzed condensation of indoles and aldehydes to form bisindolylalkanes – Oin

Yang Zheng Lan Yin Ban Lai Ouyang Yi Yuan Peng

Pourquoi faire ça dans de l’acide acétique ? Point d’ébullition de l’acide acétique ?

Polaire mais pas trop, évite de casser le pont bromonium.

Quel est le point de fusion attendu ? Peut-il être pris au banc Köfler ?

245°C, le banc Köfler n’est plus très précis à cette température.

RMN signal à 2,5 ppm ? Quel est le déplacement chimique du DMSO ? Le proton peut-il coupler

avec le deutérium ?

Si il peut. Solvant deutéré pas à 100%. H voit 2 deutérium : donc 2nI + 1 (où I = 1 pour deutérium, spin

du noyau) = 5 (car n = 2)

Qu’attend-on de voir sur la RMN permettant de justifier la formation du produit ?

Composé méso : disparition du doublet avec constante de couplage trans – apparition d’un singulet pour

le composé méso qui présente un plan de symétrie !

S

O

CD2H HD2C

II. Synthèse d’un époxyde par addition électrophile régiosélective

Expérience : Synthèse du 5-(2,3-Epoxyprop-2-yl)-2-méthylcyclohe-2-énone – Drouin, Manipulations

commentées de chimie organiques manipulation n°21 ou 22 pg122

Réaction : Epoxydation

Objectif : Formation d’époxydes par addition électrophile sur alcène


Conditions opératoires :


(R)-(-)-Carvone 150,22 0,30 2,00 0,959 1,00

m-CPBA 172,57 0,70 2,72 - 1,02

Fluorure de potassium 58,10 0,70 12,0 2,48 4,4

Chloroforme 119,38 Solvant - - -

Dichlorométhane 84,93 Solvant - - -

5-(2,3-Epoxyprop-2-yl)-2-

méthylcyclohe-2-énone - - 2,00 1,00

Matériel :

Pilulier de 6 mL

Ballon de 25 mL (x2)

Ballon pour l’évaporateur rotatif

Pipette graduée 5 mL ou seringues 5 mL (x2)

Agitateur magnétique chauffant

Filtre verre fritté

Fiole à vide

Ampoule à décanter (30 mL)

Cuve CCM + pilulier

Protocole :

A – Préparation du m-CPBA :

1- Introduire dans un pilulier sec de 6 mL, 0,60 g de m-CPBA et 1 g de Na2SO4 anhydre et un agitateur

magnétique

2 – Ajouter 4 mL de dichlorométhane boucher le ballon et agiter pendant 15 minutes

B – Epoxydation :

1- Introduire dans un ballon de 25 mL sec de 6 mL, 0,30 g de (R)-(-)-Carvone, ajouter l’agitateur

magnétique et placer le ballon sur un agitateur magnétique chauffant thermostaté à 30°C

2 – A l’aide d’une seringue, prélever 3 mL de la solution préparée au paragraphe A et ajouter sous

agitation, goutte par goutte en 3 minutes à la Carvone.

3 – boucher le ballon et laisser réagir jusqu’à disparition de la carvone – faire un suivi cinétique CCM.

(durée de réaction environ 1h30)

4 – Ajouter 1 mL d’une solution aqueuse de sulfite de sodium (10%) et agiter la solution environ 2

minutes

5 - Filtrer sur un entonnoir fritté, triturer, essorer et laver le solide 3 fois avec le solvant (environ 1 mL),

puis faire le vide

6 – Dans une ampoule à décanter, verser le filtrat de l’étape 5 et ajouter 15 mL d’une solution de

carbonate de sodium (10%). Eventer, agiter, éventer, etc… Récupérer la phase organique, évacuer la

phase aqueuse et reproduire l’opération deux fois. Effectuer une dernière extraction avec du NaCl saturé.

7 – Sécher la phase organique avec du anhydrous MgSO4

8 – Filtrer sur un entonnoir fritté, triturer, essorer et laver le solide 3 fois avec le solvant (environ 1 mL),

puis faire le vide

9 – Placer le filtrat dans un ballon de 25 mL (préalablement pesé !!!), et placer le ballon à l’évaporateur

rotatif sous P réduite à T ambiante.

10 – Peser l’huile obtenue, et faire un calcul de rendement

Pour le suivi cinétique CCM

Eluant : 75/25 n-pentane/éther

Essayer aussi 75/25 Cyclohexane/Acétate d’éthyle

3 points : (R)-(-)-carvone ; Co-dépot ; et milieu réactionnel.

Révélation UV puis acide-phosphomolybdique

- Préparer une solution d’acide phosphomolybdique (1g pour 10 mL d’éthanol)

- Immerger très rapidement jusqu’au ras de la pince

- Egoutter verticalement et mettre du papier absorbant au contact de la plaque

- Essuyer le dos de la plaque, puis évaporer l’éthanol (éclaircissement de la couleur)

- Chauffer la plaque jusqu’à ce que la couleur des tâches n’évolue plus (bleu-vert)

Caractérisation :

IR de la (R)-(-)-carvone et du produit obtenu

RMN (chloroforme deutéré) de la (R)-(-)-carvone et du produit obtenu

Gestes :

- Relancer la réaction, et faire un suivi CCM pour observer l’avancement de la réaction

- Ajout du sulfite de sodium

- Filtration, essorage et lavage

- Faire une extraction avec Na2CO3


Epoxydation, addition électrophile, addition syn,

régiosélectivité, oxydation

Suivi cinétique par CCM, technique de

visualisation acide phosphomolybdique, IR,

RMN H1, Evaporateur rotatif, filtration,

extractions lavages, relargage, séchage

Mécanisme :

Discussion :

Réaction parasite : Baeyer-Villiger : mais beaucoup plus lente !!! donc attention à pas mettre le

peracide en quantité trop importante

Liaisons H avec HF et l’acide formé (voire peracide) : formation d’adduit insolubles (simple filtration)

(R) – (-) – Carvone est l’énantiomère lévogyre du couple, et appartient à la famille des Terpènes. Il est

présent à l’état naturel dans la menthe et est un constituant principal de l’huile essentiel de menthe.

Il est obtenu de façon industrielle à partir de l’oxydation du R-limonène.

La conversion d’un alcène en époxyde peut s’effectuer soit par une réaction d’addition nucléophile ou

par réaction d’addition électrophile. Cette conversion est intéressante d’un point de vue synthèse

organique car l’époxyde présente une grande réactivité à cause de la faible stabilté d’un cycle oxirane

(3 carbones).

La différence des deux réactions se fait au niveau du choix des réactifs :

- H202 : ce réactif dont la base conjuguée est relativement stable joue le rôle de nucléophile

dans la réaction : donc AN

- M-CPBA : ce réactif joue le rôle d’électrophile dans la réaction : donc AE.

(R)-(-)-Carvone (1)

The NMR and IR data of 1 are summarized below:

1H NMR (300 MHz, CDCl3)

1.76 (s, 3H), 1.79 (s, 3H), 2.24 – 2.70 (m, 5H), 4.76 (s, 1H), 4.81 (d, 1H,

J = 1.24 Hz), 6.75 – 6.78 (m, 1H)

IR (neat)

3083, 3021, 2971, 2951, 2922, 2887, 1675, 1645, 1450, 1435, 1367,

1111, 899 cm-1

CH3

CH3

OHa

Hb

Hc

1

2

7

8

O

1H NMR (300 MHz, CDCl3)

*1.32/1.33 (s, 3H), 1.77-1.78 (m, 3H), 2.18 – 2.61 (m, 6H), *2.68/2.72

(2, 1H, J = 4.5 Hz), 6.73 – 6.76 (m, 1H)

IR (neat)

3053, 2980, 2924, 1675, 1451, 1435, 1384, 1366, 1108, 904, 736 cm-1

* Signals appear in pairs due to the formation of diastereomers.

# Two overlapped pairs of diastereomeric signals.

Instructors may require students to evaluate the reaction selectivity more precisely by 1H NMR, as

the relative amounts of the compounds present in a mixture can be determined from the NMR

integration. The NMR spectra should be obtained from the crude product mixture prior to any

purification procedure. This is to ensure nothing is removed unexpectedly.

Consistent with the TLC results, the 1H NMR spectra of the crude product mixtures showed that

both of the epoxidation reactions were specific. The 1H NMR spectrum obtained for the product mixture

from the MCPBA epoxidation showed the isopropenyl group was reacted completely as the two alkene

protons signals originally located at 4.76 and 4.81 ppm disappeared. More importantly, the signal at

3.46 ppm which was assigned to the epoxide proton of the --epoxyketone of 3 (ref. 1H NMR spectrum

of compound 3) could not be observed in this spectrum. It implied that no epoxidation occurred at the

enone moiety. The MCPBA epoxidation of carvone was therefore shown to be regiospecific.


On doit obtenir un mélange de quoi ? Peut-on les distinguer en RMN ?

Enantiomères – Non car même propriétés physiques et réagissent de la même manière au champ

magnétique

Pourquoi sécher m-CPBA ?

Car peut contenir de l’eau et conduire à réactions parasites.

Quel est le révélateur utilisé ? Comment fonctionne-t-il ?

Acide phosphomolybdique

Quel éluant semble être le meilleur ?

On prend un éluant pour que les points soient assez loin du front du solvant. S’ils sont trop proches du

front du solvant, pas sûr pour les calculs des rapports frontaux. Dans notre cas, ether-pentane n’est pas

un bon éluant. Cyclohexane acétate d’éthyl est mieux

Comment réagit le KF dans le milieu réactionnel ?

Cette expérience peut-être réalisée au niveau BCPST 1, sur le thème de la cinétique des réactions

chimiques, et éventuellement faire une lien avec les cours de bio sur les sucres.

Quel est le composé responsable du précipité observé une fois la réaction stoppée ?

Sulfate de sodium

A quoi sert le NaCO3 ?

Il sert à éliminer l’acide et va dans la phase aqueuse.

Sur l’IR, à quoi correspond le signal à côté de celui de la liaison C=O ?

Elongation C=C

Comment on prépare une solution de NaCl saturée ?

Cela sert à laver et enlever un peu la phase basique. On relargue pour éviter que H2O aille dans la phase

orga. On la prépare en chauffant, afin d’augmenter la solubilité et il faut ajouter jusqu’à précipitation.

montage chimie : réactions d’addition nucléophile

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