Synthèse d'un antioxydant, magnésien, régiosélectivité, principe RMN : Agrégation interne 2014.

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On se propose d'étudier la synthèse de G :
Première étape : synthèse du cétoester B.

Le bromure de dodécyle X est traité avec du magnésium, puis le produit formé réagit avec l'oxalate de diéthyle, à -78°C dans le THF. Le cétoester B est obtenu avec un rendement de 84 %.
Ecrire les équations des réactions mises en jeu dans les deux étapes de synthèse de B.
Mg(s) + RBr ---> RMgBr.
RMgBr + EtOOC-OOEt ---> RCO-COOEt + EtOMgBr.
Déterminer la valeur de l'affinité chimique de la réaction du magnésium solide par le dioxygène à température et pression ambiantes. Quelle conséquence pour la synthèse peut-on en déduire ?
Mg(s) + ½O2(g) ---> MgO(s).
DrH° = Df (MgO(s)) - DfH° (Mg(s)) -½ DfH° (O2(g))  =Df (MgO(s)) =-602 kJ/mol.
DrS° =  (MgO(s)) - S° (Mg(s)) -½ S° (O2(g)).
DrS° =26,9 -32,7-0,5*205 = -108,3 J K-1 mol-1.
DrG°(298) =DrH° -TDrS° = -602 103 -298 (-108,3) =-5,697 105 J mol-1.
DrG(T) =DrG°(T) -RT ln (PO2 /P0)½ avec PO2 = 0,2 bar sous pression ambiante.
DrG(298) =-5,697 105 -8,31 *298 ln 0,2½ = -5,677 105 J mol-1.
A = -
DrG(298) =5,677 105 J mol-1, valeur positive.
L'oxydation du magnésium évolue spontanément dans le sens direct. Le magnésium devra être décapé.
Justifier à l'aide d'un diagramme de prédominance entre autres, les conditions expérimentales choisies pour cette synthèse.
Le magnésien est une base très forte susceptible de réagir avec un hydrogène acide : il faut travailler en milieu anhydre et en l'absence d'espèce protique.

En l'absence de THF quel autre solvant peut-on utiliser pour la synthèse de B ?
Le solvant organique doit être aprotique, peu polaire et basique ( selon Lewis ) : ether diéthylique.
Etape 2. Synthèse de l'alcool C.
Une solution de n-BuLi ( 1,5 mol/L dans l'hexane, 5,7 mL, 8,52 mmol, 1,5 éq ) dans 10 mL de THF est refroidie à -78°C. L'acide tétronique protégé A ( 1,25 g, 5,68 mmol, 1 éq ) dans 20 mL de THF est ajouté lentement. La solution est agitée 30 min à -78°C puis le cétoester B( 3,07 g, 11,36 mmol, 2 éq) est ajouté. Après 30 min d'agitation à -78 °C, la solution est laissée revenir à température ambiante. Après deux heures d'agitation à température ambiante et ajout d'une solution aqueuse saturée en chlorure d'ammonium, la phase aqueuse est extraite à l'acétate d'éthyle. La phase organique est séchée sur sulfate de magnésium anhydre et concentrée. Le brut réactionnel est purifié par chromatographie sur gel de silice. L'alcool C ( 2,21 g, 79 %) est obtenu sous forme d'une huile jaune, mélange de deux diastéréoisomères.
Le spectre RMN 1H ( 300 MHz, CDCl3) d'un des deux diastéréoisomères présente les signaux dont on donne les déplacements chimiques : 0,81 - 0,84 ( m, 3 H ); 1,22 - 1,48 ( m, 23 H) ; 1,82 - 2,03 ( m , 2H ) ; 3,70 ( s, 3 H ) ; 3,75 ( s, 3 H ) ; 4,25 ( t, J = 6,9 Hz, 2 H) ; 4,87 ( s, J = 8,4 Hz, 2 H ) ; 7,25 ( d, J = 8,4 Hz, 2 H).
Ecrire le mécanisme de formation de l'alcool C en justifiant la chimiosélectivité de la réaction sur le cétoester.
L'addition nucléophile peut se faire sur la fonction cétone ou sur la fonction ester ; mais celle-ci est moins électrophile du fait de l'effet mésomère donneur du groupe OEt.




Préciser les descripteurs stéréochimiques du stéréoisomère suivant :


Expliquer le rôle des différents traitements.
Ajout de la solution de chlorure d'ammonium : passage de l'alcoolate à l'alcool sans risque de déshydratation.
Extraction de la phase aqueuse à l'aide d'acétate d'éthyle : récupérer C dans la phase organique.
Séchage de la phase organique au sulfate de magnésium anhydre : éliminer les traces d'eau.
Concentrer cette phase : éliminer une partie du solvant organique.
Chromatographie : purifier C en le séparant des différentes espèces présentes.
Effectuer une présentation comparative de la CCM sur silice et de la chromatographie sur colonne de gel de silice.
Ce sont des chromatographies d'adsorption mettant en oeuvre une phase fixe et une phase mobile ( éluant ).
CCM : élution par capillarité ; de petites quantités sont mises en oeuvre mermettant l'analyse ( identifiication et pureté ), plusieurs éluants sont souvent utilisés successivement afin de récupérer toutes les espèces.
gel de silice : élution par gravité d'un éluant unique. C'est une technique de séparation utilisant de grandes quantités de matière.
Expliquer le principe de la RMN.
Les spins nucléaires peuvent interagir avec un champ magnétique extérieur. Les états de spin d'un noyau placé dans un champ magnétique sont quantifiés. Pour le proton ( spin I = ½) il y a deux états stationnaires possibles, correspondant au deux valeurs du nombre quantique magnétique de spin ms =±½. Cette situation est idéale pour la spectroscopie RMN. Un moment magnétique de spin peut être assimilé à une aiguille aimantée microscopique.
En absence de champ magnétique extérieur, son orientation est quelconque ; cela correspond à un seul niveau d'énergie. En présence d'un champ magnétique extérieur, cette aiguille peut s'orienter parallèlement au champ ( situation la plus stable) ou antiparallèlement au champ. Deux niveaux d'énergie différents correspondent à cette situation.( levée de dégénerescence ). La spectroscopie RMN consiste à observer des transitions entre ces deux niveaux d'énergie.

Proton isolé : les noyaux dans l'état d'énergie Ea peuvent absorber de l'énergie pour passer dans l'état Eß. Cette énergie peut être apportée par une onde électromagnétique.
Proton lié une molécule : le champ magnétique B régnant au niveau du noyau diffère du champ extérieur B0.
B = B0(1-s).
s : constante d'écran dépendant uniquement de l'environnemen chimique du noyau étudié.
Le déplacement chimique d = (sR-s)106 ppm est indépendant de B0, donc du type d'appareil.
sR : déplacement chimique servant de référence.
Comment expliquer à un élève de terminale S ce que signifie les lettres m, s et d ?
s : singulet : l'atome de carbone le plus proche du proton étudié, ne compte aucun hydrogène ( zéro voisin).
d : doublet :
l'atome de carbone le plus proche du proton étudié,  compte un hydrogène ( un voisin).
t : triplet :
l'atome de carbone le plus proche du proton étudié, compte deux hydrogènes ( deux voisins).
 m : multiplet, multiplicité du signal.
Expliquer l'origine de la caractéristique d à un niveau post-bac.
On considère deux protons  HA et HB voisins de déplacements chimiques différents.
Le proton HA, en interaction avec HB ( d'énergie Ea ou Eß) est soumis au champ magnétique :
B' = B0(1-s) ±BB avec BB champ local crée par HB. HA pouvant résonner à deux fréquences différentes, son signal est un doublet.

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Etape 3 : synthèse de D.
D est obtenu par déshydratation de l'alcool C. On obtient deux isomères Z et E ( E/Z : 70 / 30 ) que l'on sépare par chromatographie sur gel de silice. On donne le mécanisme de déshydrataion de l'alcool C.
 
Expliquer la régiosélectivité observée.
L'alcène majoritaire est le plus stable. D est stabilisé par mésomérie ( délocalisation de la double liaison formée avec l'ester et le cycle à 5 atomes ).
La déshydratation de l'alcool peut également conduire à . Pour ce dernier la délocalisation de la double liaison créée se fait uniquement avec l'ester.
Etape 4 :  synthèse de F.
On déprotège le groupe hydroxyle OH.
Pourquoi a-t-on protégé ce groupe dans cette synthèse ?
Lors de la synthèse de C, le groupe hydroxyle aurait pu réagir avec BuLi.
Citer un autre groupement protecteur pour un alcool.
Un éther silylé peut être utilisé.

Ou encore formation d'un acétal.

Etape 5.
Quelle est la nature de la réaction mise en jeu ?
Saponification de la fonction ester par une base forte.







  

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