PARTIE B CHIMIE ORGANIQUE. Etude de la synthèse d'un composé biologiquement actif : le gingérol

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1 PARTIE B CHIMIE ORGANIQUE Etude de la synthèse d'un coposé biologiqueent actif : le gingérol HO OCH 3 CH 2 CH 2 C CH 2 O CH (CH 2 ) 4 OH CH 3 Le rhizoe du gingebre (Zingiber officinale Roscoe) est utilisé non seuleent coe épice ais aussi coe édicaent au Japon et en Chine depuis fort longteps. Il possède des propriétés antiéétiques, diurétiques, stiulantes et cardiotoniques. De nobreux travaux d extraction des principes actifs puis de déterination de leur structure et enfin de synthèse de certains de ces principes actifs, dont le gingérol, ont été entrepris depuis les preiers travaux de Tresh en De nobreuses synthèses du gingérol ont coe point de départ la vanilline qui est une des atières preières les plus iportantes de l industrie des arôes synthétiques. 1. Synthèse de la vanilline à partir du benzène. En 1882, Tieann et Ludwig ont élaboré une synthèse de la vanilline à partir du 3-nitrobenzaldéhyde. La synthèse proposée ci-dessous s inspire forteent de celle-ci La preière étape consiste en la nitration du benzène Quels réactifs peut-on utiliser pour effectuer cette réaction? Quelles sont les conditions opératoires de cette réaction? Détailler le écanise de la réaction On fait réagir le nitrobenzène obtenu par la éthode de Gatterann-Koch : l action d un élange CO-HCl sur le nitrobenzène en présence de chlorure d aluiniu conduit avec un très bon rendeent au 3-nitrobenzaldéhyde Proposer un écanise pour cette réaction en adettant que dans le ilieu réactionnel il se fore le chlorure de éthanoyle HCOCl par réaction entre CO et HCl Quelle quantité de trichlorure d aluiniu AlCl 3 faut-il utiliser pour convertir une ole de nitrobenzène en 3-nitrobenzaldéhyde? Justifier l orientation de la réaction Repérer sur le spectre I.R. du 3-nitrobenzaldéhyde, représenté ci-dessous, les bandes caractéristiques de la structure de ce coposé. La table perettant l interprétation de ce spectre est donnée en annexe 1.

2 Analyser le spectre R.M.N. du proton du 3-nitrobenzaldéhyde, représenté ci dessous. La table perettant l interprétation de ce spectre est donnée en annexe 2.

3 1.3. L action de l étain en ilieu acide chlorhydrique concentré sur le 3-nitrobenzaldéhyde conduit à A (coposé ionique) et après passage en ilieu basique, on obtient B (C 7 H 7 NO) Ecrire les équations de ces deux réactions sachant que l étain Sn est transforé en ion hexachlorostannate (IV) Donner la forule sei-développée et le no de B On fait subir à B une réaction de diazotation puis on laisse reonter la tepérature du ilieu réactionnel et on obtient C (C 7 H 6 O 2 ) Indiquer les réactifs à utiliser et les conditions opératoires pour l étape de diazotation Ecrire l équation de la réaction de diazotation de B Que se passe-t-il quand on laisse la tepérature du ilieu réactionnel reonter? Ecrire l équation de la réaction à envisager et identifier C ( forule sei-développée et no) C est traité par une solution aqueuse de soude puis est souis à l action de l iodure de éthyle. On obtient alors D Ecrire les équations de ces deux étapes et identifier D ( forule sei-développée et no) A quelle grande faille de réactions appartient la deuxièe étape? Détailler son écanise La nitration de D conduit à ajoritaireent à deux isoères E 1 et E 2 que l on doit séparer pour continuer la synthèse. Expliquer pourquoi cette nitration conduit à un élange de deux isoères ajoritaires et donner les forules sei-développées de ces deux isoères. Quelle relation d isoérie lie E 1 et E 2? 1.7. E 1, qui est le 3-éthoxy-4-nitrobenzaldéhyde, subit alors la suite de réactions : réduction par l étain en ilieu acide chlorhydrique concentré, passage en ilieu basique, diazotation puis reontée de la tepérature du ilieu réactionnel. Après toutes ces réactions, on obtient la vanilline (C 8 H 8 O 3 ). Donner la forule sei-développée et le no systéatique de la vanilline. 2. Synthèse du gingérol racéique à partir de la vanilline L action de la diéthylhydrazine (CH 3 ) 2 N NH 2 sur l acétone (propanone) donne G (C 5 H 12 N 2 ) Ecrire l équation de la réaction Proposer un schéa réactionnel pour cette réaction L action de la potasse alcoolique sur la vanilline donne H, coposé ionique, que l on fait réagir avec du chlorure de benzyle C 6 H 5 CH 2 Cl. On obtient alors I. I est réduit en J par le tétrahydruroborate de sodiu NaBH 4 dans le éthanol. Le coposé J est ensuite souis à l action du chlorure de thionyle SOCl 2 et donne alors K (C 15 H 15 ClO 2 ) Identifier (forule sei-développée) H, I, J et K A quelle grande faille de réactions appartient la réaction perettant de passer de H à I? Détailler son écanise.

4 Dans quels types de ilieu le tétrahydruroborate de sodiu est-il stable? Quel coposé, autre que le tétrahydruroborate de sodiu, aurait-on pu utiliser pour passer de I à J? Quelles précautions aurait-il alors fallu prendre? Ecrire l équation de la réaction perettant de passer de J à K L action de G sur K en présence d une base très forte (butyllithiu C 4 H 9 Li à 78 C dans le TH) donne L (C 20 H 26 N 2 O 2 ) Sachant que G a le êe coporteent qu une cétone en présence d une base forte, identifier le coposé obtenu par action du butyllithiu sur G Ce coposé réagit alors sur K et conduit à L. Identifier L L action d une base très forte sur L (butyllithiu à 78 C dans le TH) suivie de l action de l hexanal conduit à M (C 26 H 38 N 2 O 3 ). L hydrolyse de M par l eau oxygénée à 30 volues, dans le éthanol à ph 7, peret de régénérer la fonction cétone et conduit à N (C 24 H 32 O 4 ). Enfin, l action du dihydrogène en présence de palladiu sur charbon conduit au gingérol Identifier (forule sei-développée) M et N Le gingérol possède-t-il des stéréoisoères? Si oui, quelle est la relation d isoérie qui les lie? La synthèse proposée conduit à un élange équiolaire de ces deux stéréoisoères. Retrouver, dans la synthèse proposée, l étape clé lors de laquelle on fore ces deux stéréoisoères En fait, seul le (+)-(S)-gingérol a une activité cardiotonique intéressante. Le représenter et indiquer la signification de la notation (+).

5 Annexe 1 : SPECTROSCOPIE INRAROUGE. Table des nobres d onde des vibrations de valence et de déforation. Liaison Nature Nobre d onde (c 1 ) Intensité 1 O H alcool libre O H alcool lié N H aine priaire : 2 bandes aine secondaire : 1 bande N H aide C sp H C sp2 H C sp2 H aroatique C sp3 H C sp2 H aldéhyde O H acide carboxylique C C C N C=O anhydride C=O chlorure d acide C=O ester C=O aldéhyde et cétone C=O acide C=O aide C=C C=C aroatique N=O N H aine ou aide C sp3 H C sp3 H (CH 3 ) C O C O alcool priaire phénol secondaire tertiaire C N C C C C sp2 H de HC=CH (E) (Z) C sp2 H aroatique onosubstitué C sp2 H aroatique o-disubstitué C Cl C Br C I -disubstitué p-disubstitué abaisseent de 20 à 30c 1 si conjugaison et et et ; large ; large ou f ; 2 bandes à ; large f ou ; 2 bandes ; 3 ou 4 bandes ; 2 bandes ou ; 2 bandes ; 2 bandes et ; 2 bandes 1 = fort ; = oyen ; f = faible

6 Annexe 2 : SPECTROSCOPIE RMN. Le déplaceent chiique du proton d un aldéhyde est copris entre 9,4 et 10,2 pp. Dans le cas d un coposé possédant un noyau aroatique, il existe un systèe d incréents I perettant de déteriner le déplaceent chiique des protons en fonction de la position (ortho, éta ou para) des groupes portés par le noyau aroatique par rapport au proton étudié. Dans ce cas, δ (pp) = 7,26 + ΣI δ H (pp) = 7,26 + ΣI H X Substituant X I (ortho) I (éta) I (para) H CH 3-0,18-0,20-0,18 CH 2 OH CH=CH 2 C CH C 6 H 5 0,06 0,15 0,30-0,03-0,02 0,12-0,10-0,01 0,10 CHO 0,56 0,22 0,29 CO CH 3 0,62 0,14 0,21 CO C 6 H 5 0,47 0,13 0,22 COOH COOCH 3 CONH 2 COCl 0,85 0,71 0,61 0,84 0,18 0,11 0,10 0,20 0,25 0,21 0,17 0,36 NH 2-0,75-0,25-0,65 NH COCH 3 0,12-0,28 NO 2 0,95 0,26 0,38 OH -0,56-0,12-0,45 OCH 3-0,48-0,09-0,44 OC 6 H 5 O COCH 3-0,29-0,25-0,05 0,03-0,23-0,13-0,26 0,00-0,20 Cl 0,03-0,02-0,09 Br I 0,18 0,39-0,08-0,21-0,04-0,03