Dibromation d'un réactif monohalogené

Travail sur la PseudoEphedrine

L'auteur de ce sujet a trouvé une solution à son problème.
Auteur du sujet

Bonjour à tous les chimistes,

Pour ceux qui ne le savent pas déjà je bosse sur la synthèse théorique de la pseudoephedrine dans le cadre d'un devoir1 2.

J'ai pas mal planché sur un problème d'une publication du JACS3 :

Schéma de synthèse assez laid

Je cherche donc à détailler ici le mécanisme réactionnel tel que :
Création d'un hémi-acétale sans catalyse, sans eau (sinon création d'un gem-diol) Réaction non énantioselective donc formation d'un racémique. De plus le groupe ethyle sert à protéger un alcool dissimulé pour la fin de la synthèse :

Substitution Nucléophile, dans l'eau j'imagine :

Et là pour la dibromation, j'ai bien essayé de bidouiller quelques trucs en m'appuyant sur la polarisabilité du dibrome et la polarité de la liaison C-Cl mais je ne vois pas trop comment l'expliquer ? Si quelqu'un avait une réponse :)

Merci de votre temps de lecture accordé, Bonne Année à tous !
Bien Confraternellement.

Édité par Blackline

Нова Проспект

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Salut Blackline,

Je n'ai malheureusement pas accès à l'article de JACS avant lundi. Si tu l'as, regarde les conditions réactionnelles. ;)

Sinon je suspecte une élimination de HCl, ce qui formerait un alcène (en chauffant?). Ensuite cet alcène serait simplement dibromé.

Par respect pour les visiteurs de Zeste de Savoir, je m'engage à ne jamais effacer ce message.

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Ça simplifierai effectivement l'histoire, je pense donc que mathiasm a raison.

PS: ta substitution nucléophile est probablement une SN1: tu fais sauter le $-OH$ en lui rajoutant un proton ($-OH_2^+$) puis en faisant partir de l'eau. En milieu acide, c'est plus probable que de faire sortir un $OH^-$ (base forte, tout ça ^^)

EDIT: le pKa de la réaction $\ce{R-OH <=> R-OH2+}$ est de -2 (source), le pKa de HCl est de -7 ;)

Édité par pierre_24

Doctorant et assistant en chimie à l'Université de NamurEx-dev' pour ZdS (a aidé à réaliser la ZEP-12 !) • Carniste cis (y parait que c'est une injure)

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Juste une question au passage : dans ce cas on pourrait pas simplement chauffer l'acétal pour faire partir le groupe hydroxyle directement plutôt que de passer par HCl ? (Question sûrement bête, mais juste pour savoir pourquoi il faut passer par là)

Ich bin très occupé cette année. Ne vous étonnez pas si je réponds par intermittence.

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Si la réaction se déroule bel et bien comme j'ai proposé, ta question n'est pas bête du tout.

En chauffant trop, on reformerait peut-être l'aldéhyde et l'alcool de départ. Ou alors on peut chauffer sans risque, ils ont essayé mais n'ont pas réussi à éliminer H2O et on trouvé l'astuce du Cl… C'est pour ça qu'il faudrait avoir accès au texte de l'article pour voir leurs justifications.

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Merci beaucoup, parce que dans tous mes exos d'orga, quand on veut déshydrater un alcène on se pose surtout pas de questions et on chauffe ^^ . Bon après il faudrait les détails qu'ils avancent mais c'est toujours une réflexion intéressante.

Ich bin très occupé cette année. Ne vous étonnez pas si je réponds par intermittence.

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Auteur du sujet

Parce que OH (si je me souviens bien) est le plus mauvais groupe partant que tu puisse imaginer pour une réaction d'élimination ^^

pierre_24

Si je ne me trompe pas, il souhaite faire partir H2O qui n'est pas un site mauvais groupe partant.

Merci beaucoup, parce que dans tous mes exos d'orga, quand on veut déshydrater un alcène on se pose surtout pas de questions et on chauffe ^^ . Bon après il faudrait les détails qu'ils avancent mais c'est toujours une réflexion intéressante.

Goeland-croquant

C'est marrant mais dans les exos t'as toujours l'impression que tout est possible…

EDIT: le pKa de la réaction $\ce{R-OH <=> R-OH2+}$ est de -2 (source), le pKa de HCl est de -7 ;)

pierre_24

Pas mal, donc vue le Delta pKa : | -7 - 2 |= 9 la réaction est faisable car Delta pKa > 4
NB: pKb = 2 étant le pKb d'acceptation d'H+ de la pars de R-OH. Je vais de ce pas lire la publi pour vérifier tout ça. Une autre chose m'interpelle lors de l'amination du brome, on produit HBr, celui ci même va être recyclé ou être utilisé pour reformer l'alcool ?

Un autre soucis est visible dans les mécanisme réactionnels précédemment écrit ?

Édité par Blackline

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J'ai trouvé l'origine de la synthèse, il faut remonter à cet article: J. Am. Chem. Soc. 1930, 52, 651-660.

Le schéma tiré de l'article donné par Blackline est un peu approximatif puisque la formation du composé chloré est en fait "one-pot":

$$CH_3CHO + C_2H_5OH + HCl \rightarrow CH_3CHClOC_2H_5+H_2O$$

Je pense que ceci répond à la question de Goeland-croquant: en catalysant la condensation avec HCl, on se retrouve directement avec le composé chloré. Il ne se sont donc probablement jamais posé la question de OH vs. Cl

Ensuite, l'étape qui nous intéresse:

$$CH_3CHClOC_2H_5 + Br_2 \rightarrow CH_2BrCHBrOC_2H_5 + HCl $$

"The $\alpha$-chloro-ethyl ether, prepared as described above, was cooled in an ice-bath and the theoretical amount of bromine added in small portions. The reaction mixture was allowed to become decolorized or nearly so, after each addition. The reaction proceeded rapidly at first, but quite slowly toward the end. The gas evolved proved to be almost wholly hydrogen chloride."

Contrairement à ce qu'on pensait, ils ne chauffent pas (au contraire) mais éliminent bel et bien du HCl. Il n'y a pas de proposition de mécanisme dans cet article original écrit par Boord, par contre Wikipédia a une page en allemand sur cette synthèse et propose aussi le passage par un alcène. :)

Heureusement qu'on a découvert entre-temps d'autres voies de synthèse pour préparer les alcènes (Wittig, Heck, métathèse, etc…) parce que cette synthèse de Boord fait 4 étapes.

Édité par mathiasm

Par respect pour les visiteurs de Zeste de Savoir, je m'engage à ne jamais effacer ce message.

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Auteur du sujet

Je restitue donc :

Ce schéma represente ce qui se passe lors de l'ajout de propanal dans une solution anhydre de chlorure d'hydrogène alcoolique (? car HCl y est soluble, et je vois mal de l'eau rentrer ici sans causer de dégat ? mais si cette technique n'est pas valable alors ce qu'il subsiste des sous produits).

  1. Le chlorure d'hydrogène (pKa = -7) ici se dissocie et joue à première vue le rôle de catalyseur en créant une lacune électronique sur l'oxygène.
  2. L'éthanol s'additionne alors sur le carbone électrophile.
  3. L'éther protonnée étant plus acide (pKa = -3.5) que l'alcool (pKa de la forme protonnée = -2), l'hydrogène est récuperé par l'hydroxyle.
  4. Substitution Nucléophile d'ordre 1, avec départ d'eau puis attaque du nucléophile.
  5. Obtention d'un Racémique de 1-Chloropropoxyéthane

Édité par Blackline

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Juste un truc : pour passer de 3 à 4, tu justifie ça par une réaction intramoléculaire, mais n'oublie pas qu'il y a potentiellement des H2O dans ta solution qui peut faire de même (pKa -1.6). Dès lors, de manière générale, j'écris ce genre d'étape comme suis : $\ce{A <=>[~H+] B}$, c'est à dire une prototropie : peut importe qui donne le H+ à qui, mais c'est un fait qu'il se déplace.

EDIT: oh, d'ailleurs, je viens de remarquer : fait gaffe avec tes flèches, y'a au moins la première étape est un équilibre.

Édité par pierre_24

Doctorant et assistant en chimie à l'Université de NamurEx-dev' pour ZdS (a aidé à réaliser la ZEP-12 !) • Carniste cis (y parait que c'est une injure)

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Auteur du sujet
  1. Je rajouterais ceci : pKb = 10 pour la protonation de l'aldéhyde.
  2. Parfait
  3. j'ajouterais que s'il y a présence d'eau, elle jouerait le rôle de base pour capter l'hydrogène de ether protonné car elle possède une pKa voisin de l'alcool. Mais je ne sais pas si t'as lu j'essaye de definir qu'il n'y a pas d'eau dans ma réaction car ça formerais des gem-diol… et donc je parierais sur HCl dans l'éthanol mais j'attend des avis sur cette idée ?

Pour les flèches je ne comprend pas pourquoi on me reproche ça alors que : sur la publi il n'y a pas d'idée d'équilibre décrit, même si je suis TOTALEMENT d'accord avec le fait qu'il y en ait. Et sur la Page wiki de la synthèse de Boord il n'y en a pas non plusde double flêches… ?

Édité par Blackline

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j'essaye de definir qu'il n'y a pas d'eau dans ma réaction car ça formerais des gem-diol… et donc je parierais sur HCl dans l'éthanol mais j'attend des avis sur cette idée ?

Blackline

Il y a de l'eau qui se forme comme sous-produit, donc gem-diols ou pas il y a de l'eau.

Pour le 2ème point, les conditions décrites dans l'article original sont les suivantes:

"A mixture of 100 g. of paraldehyde and 100 g. of ethyl alcohol was cooled in a freezing mixture and treated with 100 g. of dry hydrogen chloride. The reaction mixture separated into two layers. The upper layer was dried over calcium chloride and fractionally distilled."

Sachant que dry hydrogen chloride est sensé être du HCl gazeux, il n'y a pas d'eau au départ et la réaction débute bien avec HCl dans l'éthanol (puisque l'éthanol est en excès par rapport à l'aldéhyde).

Édité par mathiasm

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