EXERCICE 185

Synthèse d’un acide aminé

Ph représente le groupe phényl.

On veut synthétiser la tyrosine, un acide α-aminé essentiel, de formule :

Dans la suite, on pourra utiliser une écriture des molécules faisant apparaître des charges (zwitterion), si besoin est.

1. On traite tout d’abord l’aniline (phénylamine) par du chlorure d’éthanoyle en présence de pyridine, ce qui permet d’obtenir un solide C. Le spectre RMN ¹H de C présente un singulet à δ = 2,4 ppm (3H) ; un massif complexe à δ = 7,3 ppm (5H) et un singulet à δ = 8 ppm (1H).

2. C est à nouveau traité par le chlorure d’éthanoyle, mais cette fois-ci, en présence de trichlorure d’aluminium anhydre ; on obtient D majoritairement.

3. D est ensuite hydrolysé en présence d’acide chlorhydrique concentré ; on obtient un composé ionique E’, qui donne E après neutralisation avec un excès de solution de soude.

4. E est soumis à l’action du tétrahydruroborate de sodium pour donner F après hydrolyse. Le spectre IR de F présente deux bandes fines à 3400 et 3450 cm^-1 et une bande large et arrondie vers 3300 cm^-1.

5. F est ensuite mis en présence d’acide phosphorique concentré à ébullition ; on obtient, après neutralisation, G, dont la formule semi-développée est donnée en annexe 3.

6. G, traité par le bromure d’hydrogène en présence de peroxyde de benzoyle, donne H.

On rappelle la formule du peroxyde de benzoyle :

7. H réagit avec le cyanure de potassium (KCN) ; on isole I après purification.

8. I est hydrolysé en milieu acide pour donner J, dont le spectre IR présente entre autres une bande fine et intense à 1700 cm^-1 et une bande large et dentelée de 2800 à 3200 cm^-1.

9. J réagit ensuite avec le dibrome en présence de phosphore rouge pour donner K de formule brute C₉H₁₀NO₂Br.

10. K réagit avec le nitrite de sodium dans l’acide chlorhydrique à 5°C : on forme l’espèce intermédiaire L’, qui donne par la suite L et un dégagement gazeux lorsque la solution est progressivement réchauffée à 60°C.

11. L est mis en présence d’un courant gazeux d’ammoniac qui permet de récupérer, après purification, la tyrosine.

Questions

A. Donner les formules semi-développées des composés de C à L, en remplissant le tableau de résultats (annexe 3).

B1. Interpréter complètement le spectre RMN¹H de C.

B2. Préciser le rôle de la pyridine lors de la formation de C ; écrire l’équation de réaction correspondante.

C1. Donner le nom et le mécanisme détaillé de la réaction de formation de D.

C2. Justifier l’orientation de la réaction, ainsi que l’obtention de D majoritaire.

D1. Interpréter les données du spectre IR de F.

D2. Écrire l’équation de la réaction de E avec le tétrahydruroborate de sodium.

D3. Donner la formule d’un autre réactif utilisable pour transformer E en F. Préciser les conditions opératoires.

E. Donner le nom et le mécanisme détaillé de l’étape G à H.

F. Indiquer la structure et le nom de la fonction chimique mise en évidence grâce au spectre IR de J.

G1. Écrire l’équation de la réaction conduisant de K à L’. Citer le nom de cette réaction.

G2. Expliquer pourquoi on chauffe le mélange réactionnel pour obtenir L à partir de L’.

H. Indiquer le nombre de stéréoisomères de la tyrosine. Les représenter, en perspective de Cram, en donnant la configuration de chaque atome de carbone asymétrique et préciser la (les) relations (s) qui lie(nt) ces stéréoisomères.

I. Le spectre RMN ¹³C de la tyrosine fait apparaître notamment un signal situé à δ = 180 ppm. Attribuer ce signal.

Annexe 3

C	D
E'	E
F	G
H	I
J	K
L'	L

Spectroscopie infrarouge

Table des nombres d’onde des vibrations d'élongation et de déformation

C_tet : C tétragonal C_tri : C trigonal >C= C_di : C digonal -Cº

Liaison	Nature	Nombre d’onde (cm^-1)	Intensité F : fort ; m : moyen ; f : faible
O-H alcool libre	Élongation	3590-3650	F (fine)
O-H alcool lié	Élongation	3200-3600	F (large)
N-H amine	Élongation	3300-3500	M (deux bandes si primaire)
N-H amide	Élongation	3100-3500	F
C_di-H	Élongation	~ 3300	M ou f
C_tri-H	Élongation	3030-3100	M
C_tri-H aromatique	Élongation	3000-3100	M
C_tet-H	Élongation	2850-2970	F
C_tri-H aldéhyde	Élongation	2700-2900	M ; 2 bandes
O-H acide carboxylique	Élongation	2500-3200	F à m (large)
CºC	Élongation	2100-2260	F
CºN nitriles	Élongation	2200-2260	F ou m
C=O anhydride	Élongation	1800-1850 1740-1790	F
C=O chlorure d’acide	Élongation	1790-1815	F
C=O ester	Élongation	1735-1750	F
C=O aldéhyde et cétone	Élongation	1700-1740 abaissement de ~ 20 à 30 cm^-1si conjugaison	F
C=O acide carboxylique	Élongation	1700-1725	F
C=O amide	Élongation	1650-1700	F
C=C	Élongation	1620-1690	M
C=C aromatique	Élongation	1450-1600	Variable ; 3 ou 4 bandes
N=O (de –NO₂) Conjugué	Élongation	1500-1550 1290-1360	F
N=N	Élongation	1400-1500	f ; parfois invisible
C=N	Élongation	1640-1690	F ou m
N-H amine ou amide	Déformation	1560-1640	F ou m
C_tet-H	Déformation	1430-1470	F
C_tet-H (CH₃)	Déformation	1370-1390	F ; 2 bandes
O-H	Déformation	1260-1410	F
P=O	Élongation	1250-1310	F
C_tet-O-C_tet (étheroxydes)	Élongation	1070-1150	F
C_tet-OH (alcools)	Élongation	1010-1200
C_tet-O-C_tri (esters) C_tri-O-C_tri (anhydrides)	Élongation	1050-1300	F ; 1 ou 2 bandes
C-N	Élongation	1020-1220	M
C-C	Élongation	1000-1250	F
C-F	Élongation	1000-1040	F
C_tri-H de -HC=CH- (E) (Z)	Déformation Déformation	960-970 670-730	F M
C_tri-H aromatique monosubstitué	Déformation	730-770 et 680-720	F ; 2 bandes
C_tri-H aromatique o-disubstitué m-disubstitué p-disubstitué	Déformation Déformation Déformation	735-770 750-800 et 680-720 800-860	F F et m ; 2 bandes F
C_tri-H aromatique 1,2,3 trisubstitué 1,2,4 trisubstitué 1,3,5 trisubstitué	Déformation Déformation Déformation	770-800 et 685-720 860-900 et 800-860 810-865 et 675-730	F et m ; 2 bandes F et m ; 2 bandes F et m ; 2 bandes
C_tet-Cl	Élongation	600-800	F
C_tet-Br	Élongation	500-750	F
C_tet-I	Élongation	» 500	F

Spectroscopie de RMN du proton

Domaines de déplacements chimiques des protons des groupes M (méthyle CH₃, méthylène CH₂ et méthyne CH) en a ou en b de groupes caractéristiques.

type de proton	d en ppm	type de proton	d en ppm
CH₃-SiR₃	0,0-1,0	M‑C‑CH₂R	0,9-1,6
M‑CH₂R	0,8-1,6	M‑C‑C=C	1,0-1,8
M‑C=C	1,6-2,0	M‑C‑CºC	1,2-1,8
M‑CºC	1,7-2,8	M‑C‑Ph	1,1-1,8
M‑Ph	2,2-2,8	M‑C‑F	1,5-2,2
M‑F	4,2-4,8	M‑C‑Cl	1,5-2,0
M‑Cl	3,0-4,0	M‑C‑Br	1,8-1,9
M‑Br	3,4-4,1	M‑C‑I	1,7-2,1
M‑I	3,1-4,2	M‑C‑OH et M‑C‑OR	1,2-1,8
M‑OH et M‑OR	3,2-3,6	M‑C‑OPh	1,3-2,0
M‑OPh	3,8-4,6	M‑C‑O‑CO‑R	1,3-1,8
M‑O‑CO‑R	3,6-5,0	M‑C‑O‑CO‑Ph	1,6-2,0
M‑O‑CO‑Ph	3,8-5,0	M‑C‑CHO	1,1-1,7
M‑CHO et M‑CO‑R	2,1-2,6	M‑C‑CO‑R	1,1-1,8
M‑CO‑Ph	3,8-5,0	M‑C‑CO‑Ph	1,1-1,9
M‑CO‑OH et M‑CO‑OR	1,8-2,6	M‑C‑CO‑OR	1,1-1,9
M‑CO‑NR₂	1,8-2,2	M‑C‑CO‑NR₂	1,1-1,8
M‑CºN	2,2-3,0	M‑C‑CºN	1,2-2,0
M‑NH₂ et M‑NR₂	2,2-3,0	M‑C‑N⁺R₃	1,4-2,0
M‑N⁺R₃	3,0-3,6	M‑C‑NH‑CO‑R	1,1-1,9
M‑NH‑CO‑R	3,0-3,8	M‑C‑NO₂	1,6-2,5
M‑NO₂	4,1-4,4	M‑C‑SH et M‑C‑SR	1,3-1,9
M‑SH et M‑SR	2,1-5,1

Domaines de déplacements chimiques de divers protons

type de proton	d / ppm	type de proton	d / ppm
>C(cycle)=CH₂	4,6	‑CO‑OH	8,5-13
>C=CH₂	5,3	>C=C‑OH	11-17
‑C=CH‑	5,1	PhH	7,2
‑C=CH‑ (cyclique)	5,3	R‑OH	0,5-5,5
R‑CºC‑H	3,1	Ar‑OH	4,0-7,5
Ar‑H	7,0-9,0	Ar‑OH (avec liaison H intramoléculaire)	5,5-12,5
>C=CH‑CO‑	5,9	R‑NH‑	0,5-3,0
‑CH=C‑CO‑	6,8	Ar‑NH	3,0-5,0
R‑CHO	9,9	R‑CO‑NH‑	5,0-8,5
Ar‑CHO	9,9	CHCl₃	7,2
H‑CO‑O‑	8,0	H₂O	»5,0
H‑CO‑N<	8,0

Spectroscopie de RMN du ¹³C

Type de carbone	d en ppm	Type de carbone	d en ppm
RCH₃	5-35	RCH₂NH₂	20-70
R₂CH₂	15-50	RCH₂OH et RCH₂OR'	50-90
R₃CH	30-60	RNO₂	60-80
R₄C	25-40	RC≡N	110-130
R₂C=CR₂	100-150	RCONH₂	150-170
RC≡CR'	50-95	RCOCl et RCO-O-COR	150-170
Aromatique	110-175	RCO₂R'	150-180
RCH₂I	10-40	RCO₂H	160-190
RCH₂Br	20-40	RCHO et RCOR'	190-220
RCH₂Cl	25-90