Pauline Bonvin

Pauline Bonvin
Décembre ‘07
Synthèse n°35
SYNTHÈSE
DE LA
GRAMINE
PAR
RÉACTION
DE
MANNICH
INTRODUCTION :
Le but de ce projet était de synthétiser de la gramine à partir de l’indole,
de la diméthylamine et du formaldéhyde par réaction de Mannich.
Schéma de la réaction :
CH3
H3C
N
H
NH
CH3
+
N
O
CH3
CH2
1. milieu acide
2. milieu basique
N
H
La gramine est un alcaloïde naturellement présent chez certaines espèces
végétales où il joue un rôle défensif. Elle est utilisée en chimie comme
réactif de départ lors de la synthèse du tryptophane.
MÉCANISME RÉACTIONNEL :
La réaction de Mannich consiste à additionner un carbone nucléophile sur
un ion imminium. Ce dernier est formé dans le milieu réactionnel à partir
de la diméthylamine et du formaldéhyde.
-1-
Synthèse de la gramine
Pauline Bonvin
TP 35
Formation de l’ion imminium :
H
O
+
CH2
NH
H3C
CH3
H3C
1.
N
CH3
H
H3C
+
H
H3C
+
N
3.
H3C
OH
H3C
O
+
H3C
OH2
N
2.
-
H3C
H3C
-H 2O
N
4.
+
-H
+
5.
O
+
H3C
CH2
N
-
+
N
CH2
CH3
CH3
ion imminium
1.
2.
3.
4.
5.
Attaque nucléophile de l’azote sur le carbone électrophile de l’aldéhyde
Perte du H+
Régénération de la fonction alcool
Catalyse acide, ajout d’un H+ sur le groupement OH.
Départ de H2O, très bon groupe partant. Formation de l’ion imminium
Formes de résonnance de l’indole :
Carbone nucl�ophile
-
CH
+
N
H
N
H
Réaction de Mannich :
H
H3C
+
N
CH2
CH3
N
+
CH3
CH3
+
N
H
N
H
H3C
CH3
+
N
H
H
CH3
+
N
H
N
CH3
N aO H
N
H
Sel de la base de Mannich
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Base de Mannich
Synthèse de la gramine
ANALYSE
DES
Pauline Bonvin
TP 35
SPECTRES :
Le produit de la synthèse a été analysé par RMN. Les valeurs de
déplacements chimiques obtenues sont rassemblées dans le tableau cidessous.
Déplacements
chimiques
expérimentaux
[ppm]
1.3 – 1.4
1.8
2.2
2.3
3.6
7.12 – 7.16
7.18 – 7.23
7.28
7.36 – 7.39
7.71 – 7.73
8.22
Multiplicit
é
Constante
de couplage
[Hz]
Singulet
Singulet
Singulet
Singulet
Multiplet
Triplet
Singulet
Doublet
Doublet
Singulet
7.48
8.02
7.75
-
H3C
1
H
8
Ether
1
Acétone
Ether/2
3/7
6
Chloroforme
8
5
4
CH3
N
1
H
2
Protons
corresponda
nts
H
H
2
7
H
N
H
H
6
3
4
H
5
Les protons portant le même numéro sont équivalents à cause des
rotations possibles des simples liaisons.
Il reste des traces de plusieurs solvants dans l’échantillon analysé.
L’acétone utilisé lors de la recristallisation finale du produit est toujours
présent (pic à 2.3 [ppm]). On relève aussi des traces d’éther (pics à 1.3 et
3.6 [ppm]), non utilisé lors de ce TP mais qui provient probablement d’une
contamination.
Les protons 1 sortent comme un singulet car ils n’ont pas de voisins
proches. D’après la table(2), le déplacement chimique attendu pour des
protons CH3-N est de 2.3 [ppm], on peut donc raisonnablement attribuer
aux hydrogènes 1 le pic observé à 2.2 [ppm].
Les protons 2, ne couplant avec aucun voisin, sortent également comme
un singulet. Etant portés par un carbone situé entre une amine et un cycle
aromatique, le δH attendu est d’environ 3.5 [ppm]. Ce déplacement
chimique correspondant également à celui des protons de l’éther, les deux
signaux se mélangent et il n’est pas possible de distinguer clairement le
pic des hydrogènes 2 sur le spectre.
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Synthèse de la gramine
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TP 35
Les hydrogènes 3 à 8 sont tous aromatiques, c’est pourquoi les δH
observés sont tous supérieurs à 7 [ppm].
Le signal du proton 4 est facilement reconnaissable : il s’agit du pic plus
large à 8.22 [ppm], caractéristique d’un proton porté par un azote
aromatique.
Les protons 5 et 8 sortent tous deux comme doublets car ils couplent
chacun avec un voisin. Comme le proton 5 se trouve plus près de l’azote,
on peut supposer qu’il sera plus déblindé et donc lui attribuer le doublet
avec le plus grand déplacement chimique.
Les protons 6 et 7, couplant chacun avec deux voisins, sortent comme
triplets. Comme le proton 6 se trouve plus près de l’azote, on peut
supposer qu’il sera plus déblindé et donc lui attribuer le triplet avec le plus
grand déplacement chimique, entre 7.18 et 7.23 [ppm].
Le signal en triplet du proton 7 se superpose vraisemblablement avec
celui en doublet du proton 3, d’où un multiplet entre 7.12 et 7.16 [ppm].
La présence des signaux non aromatiques des hydrogènes 1 permet de
mettre en évidence la présence de groupements méthyls dans le produit
final. Ces groupements n’étant pas présents dans le réactif initial, on peut
en déduire que le produit a bien été formé.
RENDEMENT
ET
PURETÉ :
Lors de la dernière étape de ce TP, une recristallisation du produit obtenu
dans l’acétone devait être effectuée. Cependant, cette recristallisation ne
s’est pas déroulée correctement et, même après toute une nuit au
réfrigérateur, seuls quelques cristaux se sont formés.
Pour cette raison, la masse de produit obtenu est d’environ 0.02g ce qui
correspond à 0.11 [mmol]. Sachant que l’on obtient une mole de produit
pour une mole de réactif, la quantité maximale de gramine attendue est
8.5 [mmol]. Ceci équivaut à un rendement de 1.34%, autant dire que la
synthèse n’est pas très efficace ! Il faudrait réaliser la recristallisation
finale dans un autre solvant.
CONCLUSION :
Ce TP était une mise en pratique d’une réaction de Mannich, mécanisme
utilisé pour additionner un carbone nucléophile sur un ion imminium.
L’expérience s’est bien déroulée et, d’après l’analyse RMN, a permis
d’obtenir un produit d’une bonne pureté. Comme préciser auparavant, il
faudrait toutefois modifier la dernière recristallisation afin d’améliorer le
rendement.
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Synthèse de la gramine
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TP 35
PARTIE EXPÉRIMENTALE :
L’indole est dissous dans 20mL d’acide acétique puis la diméthylamine est
ajoutée au mélange. Ce dernier est refroidi à 30°C, le formaldéhyde y est
ensuite ajouté et le tout est agité pendant environ 1 heure.
Le mélange réactionnel est versé sur 100g de glace et alcalinisé avec
45mL de NaOH 30%. Lors de cette étape, il faut veiller à toujours avoir un
excès de glace afin d’éviter une précipitation du produit sous forme de
« gomme ». Le mélange est laissé au repos jusqu’à ce que la glace ait
entièrement fondue. Les cristaux obtenus sont lavés à l’eau et séchés sur
Büchner avant d’être mis au dessiccateur. Une fois secs, les cristaux sont
recristallisés dans l’acétone.
Réactifs
indole
diméthylamine 40%
formaldéhyde 35%
acide acétique
Produit
gramine
Masse
molaire
[g/mol]
117.15
45.08
30.02
60.05
Masse
ou
Volume
1[g]
3[mL]
2[mL]
20[mL]
Densité
[g/mL]
0.36
0.285
Nombre
de moles
[mmol]
8.5
24.0
19.0
Equivalent
pour la
réaction
1
1
1
solvant
Masse
molaire
[g/mol]
174.24
Masse
théoriqu
e [g]
1.49
Nombre
de moles
[mmol]
8.5
Masse
obtenue
[g]
0.02
Rendement
1.34%
RÉFÉRENCES :
Protocole des Travaux Pratiques de Chimie Organique 3ème semestre –
2007/2008
(2)
D.H. Williams et I Fleming, Spectroscopic Methods in Organic Chemistry,
Mc Graw-Hill
(3)
K.P.C. Vollhardt et N.E. Schore, Traité de Chimie Organique, 4ème édition
(2003), De Boeck
(4)
http://fr.wikipedia.org
(5)
http://riodb01.ibase.aist.go.jp/sdbs/cgi-bin/direct_frame_top.cgi
(1)
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