SYNTHÈSE DE LA GRAMINE PAR RÉACTION DE MANNICH

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1 Décembre 07 Synthèse n 35 SYTÈSE DE LA GRAMIE PAR RÉACTI DE MAIC ITRDUCTI : 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 : C 3 3 C C 3 C 2 C 3 1. milieu acide 2. milieu basique 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. MÉCAISME RÉACTIEL : 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

2 Formation de l ion imminium : C 2 3 C C C C C C C C C C C 3 C 3 C 2 3 C C 3 C 2 ion imminium 1. Attaque nucléophile de l azote sur le carbone électrophile de l aldéhyde 2. Perte du 3. Régénération de la fonction alcool 4. Catalyse acide, ajout d un sur le groupement. 5. Départ de 2, très bon groupe partant. Formation de l ion imminium Formes de résonnance de l indole : Carbone nuclcophile C - Réaction de Mannich : 3 C C 2 C 3 C 3 C 3 3 C C 3 C 3 a C 3 Sel de la base de Mannich Base de Mannich - 2 -

3 AALYSE DES SPECTRES : Le produit de la synthèse a été analysé par RM. Les valeurs de déplacements chimiques obtenues sont rassemblées dans le tableau cidessous. Déplacements chimiques expérimentaux [ppm] Multiplicit é Constante de couplage [z] Protons corresponda nts Ether 1.8 Singulet Singulet Singulet - Acétone 3.6 Singulet - Ether/ Multiplet - 3/ Triplet Singulet - Chloroforme Doublet Doublet Singulet C 1 C 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]). n 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 C 3 - 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 δ 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

4 Les hydrogènes 3 à 8 sont tous aromatiques, c est pourquoi les δ 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. REDEMET 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. CCLUSI : 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 RM, 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

5 PARTIE EXPÉRIMETALE : 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 a 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 molaire [g/mol] ou Volume Densité [g/ml] ombre de moles [mmol] Equivalent pour la réaction indole [g] diméthylamine 40% [mL] formaldéhyde 35% [mL] acide acétique [mL] solvant Produit molaire [g/mol] théoriqu e [g] ombre de moles [mmol] obtenue [g] Rendement gramine % RÉFÉRECES : (1) Protocole des Travaux Pratiques de Chimie rganique 3 ème semestre 2007/2008 (2) D.. Williams et I Fleming, Spectroscopic Methods in rganic Chemistry, Mc Graw-ill (3) K.P.C. Vollhardt et.e. Schore, Traité de Chimie rganique, 4 ème édition (2003), De Boeck (4) (5)