Condensation benzoine catalysée par la thiamine

Chimie Organique I
—
Condensation benzoine catalysée par la thiamine 1
Assistante : Ouizem Souad
Abegg Daniel
Laboratoire 140
2 décembre 2007
1 Page 38 du polycopié de chimie organique (3 ème semestre) 2007/2008

Table des matières
1 Condensation benzoine catalysée par la thiamine 5
1.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
1.1.1 But du projet . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
1.1.2 Schéma des réactions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
1.1.3 Utilisation du produit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
1.1.4 Etapes de synthèses . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
1.2 Mécanisme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
1.3 Résultats et discussion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
1.3.1 Rendement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
1.3.2 Point de fusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
1.3.3 Spectre IR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
1.3.4 Spectres RMN 1 H . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
1.4 Questions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
1.5 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
1.6 Partie expérimentale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
1.7 Annexes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
1.7.1 Spectres . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
1.7.2 Fiche de toxicité . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
Bibliographie 21
3

4 Table des matières

1
Condensation benzoine catalysée
par la thiamine
1.1 Introduction
1.1.1 But du projet
Le but de cette expérience est de synthétiser de la benzoine (C14H12O2) par condensation,
à partir de deux molécules de benzaldéhyde avec comme catalyseur la
thiamine.
1.1.2 Schéma des réactions
O
H
NaOH
Thiamine
EtOH 95%
H2O
O
OH
+
Thiamine +
Fig. 1.1: Transformation du benzaldéhyde en benzoine catalysée par la thiamine.
H 2O
5

6 1.2. M ÉCANISME
1.1.3 Utilisation du produit
L’utilisation principal de la benzoine se fait dans les oxydations comme par exemple,
l’oxydation en benzile. La benzoine est aussi utilisé dans les réactions de
polymérisations et en pharmacologie et cosmétique.
1.1.4 Etapes de synthèses
La thiamine est d’abord déprotonnée par l’hydroxyde de sodium froid, puis le
carbanion de la thiamine (nucléophile) attaque le carbonyle du benzaldéhyde et
il y a reprotonation pour former un alcool. Un groupe hydroxyle prendra l’hydrogène
du carbone tétraédrique qui à un pKa de 17-18 (acide) et ceci causera
la formation d’un nouveau carbanion qui attaquera un autre benzaldéhyde. Finalement
il y a départ d’un hydrogène et reformation de la double liaison carbon
oxygène et le départ de la thiamine.
1.2 Mécanisme
N
N
NH 2
OH
R
N OH
HOH +
N
S
H
Fig. 1.2: Déprotonation de la thiamine et formes de résonances pour stabiliser la
thiamine
S
R’
R
N
C
S
R’
R
N
S
R’

CHAPITRE 1. CONDENSATION BENZOINE CATALYSÉE PAR LA
THIAMINE 7
OH
+
R
OH
O
R
O
N
6
H
N
S
1
S
H
5
H 2O
OH
R’
R
OH
R’
N
S
H
R’
O
R
H
N
OH
R
S
S
R’
H
H 2O
R’
+
O
H 2O
OH
Fig. 1.3: Mécanisme de réaction
1. Attaque nucléophile du carbanion de la thiamine sur le groupe carbonyl du
benzaldéhyde.
2. Protonation
3. Départ de l’hydrogène (pKa 17-18[3]) facilité par la thiamine qui est
électroattrateur.
4. Attaque nucléophile du carbanion sur une autre benzaldéhyde.
5. Protonation
6. Départ de la thiamine et formation de la benzoine.
4
N
O
2
OH
R
N
OH
R
H
OH
S
3
R
+
N
N
H 2O
S
R’
+
S
OH
R’
R’

8 1.3. RÉSULTATS ET DISCUSSION
1.3 Résultats et discussion
1.3.1 Rendement
mthéorique = nbenzaldéhyde ∗ MMbenzoine
2
mexpérimentale = 14.0 g
Rendement = 67.5%
1.3.2 Point de fusion
= 0.196 ∗ 212.24
2
= 20.8 g
Le point de fusion se situe à 132-133˚C. Ce qui me dit que ma benzoine est pure,
car le point de fusion théorique est compris entre 133˚C et 137˚C.
1.3.3 Spectre IR
Le spectre IR (figure 1.8) a été réalisé dans du chloroforme. Les résultats obtenus
sont décrit ci dessous.
Types de liaisons Valeurs th [cm -1 ] Valeurs exp [cm -1 ]
Elongation (OH) 3600-3200 3440
Elongation (CH aromatique) 3170-3000 3076.9
Elongation (CH) 2960-2850 2997.6 et 2971.5
Elongation (C=O) 1700-1680 1680.1
Déformation (CH) 1470-1430 1449.9
Déformation (OH) 1410-1260 1279.8
Elongation (C-OH) 1150-1040 1067.9
Déformation (CC) 1200-800 975.4
Déformation (CH aromatique) 800-900 876.8 et 841.0
Tab. 1.1: Déplacement infrarouge de la benzoine
La présence du groupe hydroxyle à 3440 cm -1 avec le carbone sp 3 en 2997.6-
2971.5 cm -1 et finalement la cétone en 1680 cm -1 sont de bonnes indications pour
la formation du produit.
Il n’a pas été facile d’attribuer certains pics car selon les différentes tables , il y

CHAPITRE 1. CONDENSATION BENZOINE CATALYSÉE PAR LA
THIAMINE 9
avait plusieurs possibilité comme par exemple en 1067.9 j’ai mis une élongation
C-OH [9] mais j’ai trouvé dans une autre table que entre 1000-1250 cm -1 il s’agit
d’une élongation C-C [4].
1.3.4 Spectres RMN 1 H
Les spectres RMN 1 H ont été réalisés dans du chloroforme deutéré (CDCl3).
Je vais commencer par analyser le spectre de mon réactif pour voir si la distillation
a été réussie, car les aldéhydes ont tendance à s’oxyder en acide au cours du temps.
Les spectres ont été fait à une fréquence de 400 MHz.
Benzaldéhyde (réactif)
H 3
H 4
H 2
H 3
O
H 2
Fig. 1.4: Benzaldéhyde
Pour le cycle aromatique les déplacements chimiques ont été calculés avec la
formule : δH = 7.27 + zi.
Attribution δth [ppm] δexp [ppm] Multiplicité Cte de couplage [Hz]
δH1 10.5-9.7 10.04 Singulet –
δH2 7.83 7.92-7.88 Doublet 8.3
δH3 7.49 7.57-7.53 Triplet 8.6
δH4 7.56 7.67-7.62 Triplet 7.7
H 1
Tab. 1.2: Déplacement RMN 1 H de la benzaldéhyde

10 1.3. RÉSULTATS ET DISCUSSION
Les déplacements chimiques cités ci-dessus (figures 1.9 et 1.10) correspondent
aux valeurs attendues. Les pics pour les protons du cycle ont pu être identifiés
par les intégrales. Les intégrales sont de 2H 1H 2H, donc le 1H correspond à
la position para (H4). Pour définir les 4 autres hydrogènes, j’ai regardé leurs
positions. On voit que ceux en ortho (H2) sont plus proche de l’oxygène, qui
est électroattracteur, donc ils seront plus déblindés que ceux en méta (H3). Les
protons en ortho sont identiques car le cycle est symétrique de même que les H
en méta.
Malgré la distillation, il reste quelques traces d’acide en 8.15-8.00, et à 7.50 ppm.
Benzoine (produit)
5H
H 6
H 4
H 5
O
H 4
1H
H 2
O
H 3
Fig. 1.5: Benzoine
Attribution δth [ppm] δexp [ppm] Multiplicité Cte de couplage [Hz]
δH1 7.53-7.29 7.36-7.28 multiplet –
δH2 5.95 5.985-5.95 doublet 6.1
δH3 4.55 4.585-4.56 doublet 6.1
δH4 7.94-7.90 7.95-7.91 doublet 7.9
δH5 7.53-7.29 7.435-7.39 triplet 8.0
δH6 7.53-7.29 7.57-7.515 triplet –
H 1
H 1
H 1
H 1
Tab. 1.3: Déplacement RMN 1 H de la benzoine
Comme déjà dit pour le cycle du benzaldéhyde, les protons sont réparis de la
même manière en ortho (H4), méta (H5) et para (H6) et en doublet, triplet et
triplet. Le premier cycle est plus déblindé car il y a la cétone qui délocalise les
électrons vers elle. Les intégrales sont aussi identiques 2H 1H 2H.

CHAPITRE 1. CONDENSATION BENZOINE CATALYSÉE PAR LA
THIAMINE 11
Pour le deuxième cycle il m’est impossible de définir clairement les déplacements
chimiques (figures 1.11 et 1.12) mais je pense que la répartition est la même. C’est
à dire que les hydrogènes en ortho sont plus déblinés, puis vient celui en para et
finalement en méta. Si je prend l’intégrale pour le deuxième cycle je trouve bien
les 5H. Donc les valeurs pour les deux cycles sont comme attendues.
Pour l’hydrogène du Csp3 nous avons aussi un doublet (1 voisin donc une multiplicité
de 2) et l’intégrale me dit qu’il s’agit de 1H et idem pour le proton de
l’alcool.
En plus sur le graphique je possède un immense pic à 7.27 ppm qui est caractéristique
de chloroforme. À 4 et à 0.9 ppm sont quelles impuretés. Finalement
il reste un pic à 1.52 ppm qui est de l’eau.
Avec la disparition du pic de l’hydrogène de l’aldéhyde (10 ppm) et l’apparition
des pics pour l’alcool (4.56 ppm), celui du proton du carbone tétraédrique
(5.95 ppm) et ceux pour le deuxième cycle (7.36-7.28 ppm), je peux dire que la
synthèse à abouti.
1.4 Questions
1. Quel est la formule de la thiamine et quel est son mécanisme d’action
dans la réaction de condensation benzoine ?
La formule de la thiamine est : C12H17N4OS + . Dans la synthèse de la benzoine,
la thiamine est le catalyseur et rempli les fonctions suivantes : en
premier elle est nucléophile et attaque la benzaldéhyde. Puis de part sa
nature électroattracteur elle facilite le départ de l’hydrogène situé au pieds
de l’alcool permettant ainsi la condensation avec une deuxième molécule de
benzaldéhyde. Pour finir elle est le groupe partant. La thiamine est à la fin
de la réaction comme prévu à nouveau présente et sous la même forme, ce
qui est normal car c’est le catalyseur.

12 1.4. QUESTIONS
2. Montrer comment le cyanure peut remplacer la thiamine dans la
réaction de condensation benzoine.
Le carbone du cyanure ( – C≡N) est comme dans le cas de la thiamine chargé
négativement et attaquera la benzaldéhyde. Le cyanure et électroattrateur
de par son azote. Donc le cyanure a les mêmes caractéristiques que la thiamine
et l’on peut donc supposer que la réaction sera la même. [1]
O
H 2O
H CN
H
OH
OH
CN
O
CN
CN
O
OH
OH
O
OH
H
CN
CN
H 2O
Fig. 1.6: Condensation benzoine par le cyanure[1].
OH
O
OH
H
OH
CN
O
OH
OH
OH
H
CN
CN

CHAPITRE 1. CONDENSATION BENZOINE CATALYSÉE PAR LA
THIAMINE 13
3. La pyruvate décarboxylase est une enzyme dépendant de la thiamine
qui catalyse la décarboxylation de l’acide pyruvique en
acétaldéhyde. Ecrire un mécanisme pour cette transformation et
noter la référence bibliographique.
R
R
N
CO 2
S
R’
+
O O
Thiamine Pyruvate
H O
R
N
N
+
S
S
R’
R
H
R’
HO
+
N
A
O
S
HA
R’
+
R
H
Décarboxylation
H
R
O OH
R
S
O H
Acétaldéhyde
Fig. 1.7: Transformation du pyruvate en acétaldéhyde avec la thiamine comme
catalyseur [3] et [7].
A
O
H
N
O
N
HO
N
R’
S
S
R’
R’

14 1.5. CONCLUSION
1.5 Conclusion
La synthèse de la benzoine à partir de la benzaldéhyde est réussie. Mon rendement
est correct mais le produit obtenu n’est pas totalement sec, ce que l’on voit dans
le spectre RMN 1 H par les quelques petits pics d’éthanol décrit plus haut.
Comme déjà dit dans la deuxième question le cyanure peut remplacer la thiamine
avec un rendement largement supérieur (90-92% [2]), mais le problème est que le
cyanure est mortel.
1.6 Partie expérimentale
Dans un ballon bicol de 100 ml, 3.5 g d’hydrochlorure de thiamine sont dissous
dans 8 ml d’eau et 32 ml d’éthanol 95%. La solution obtenue est refroidie à 0˚C
(bain eau/glace) et 7 ml d’une solution de NaOH 3 M froide est ajoutée. Ceci dure
environ 20 minutes et la solution est sous agitation constante. La solution prend
une coloration jaune clair. Finalement 20 ml de benzaldéhyde préalablement distillé
1 .
Le mélange est chauffé à 60˚C pour une période de 90 minutes.
Filtration sur Büchner des cristaux et lavage à l’eau. Recristallisation avec de
l’éthanol (∼ 150 ml) et séchage. Les cristaux sont de couleur blanc très légèrement
jaune.
1.7 Annexes
1.7.1 Spectres
– Infrarouge de la benzoine (figure 1.8)
– RMN 1 H de la benzaldéhyde (figures 1.9 et 1.10)
– RMN 1 H de la benzoine (figures 1.11 et 1.12)
– RMN 1 H de référence de la benzaldéhyde, l’acide benzoique et la benzoine [6]
1 Dans un ballon bicol de 100 ml, 80 ml de benzaldéhyde ont été mis et chauffée à 60˚C où cette
dernière distille à une pression de 10 Torr (mmHg). A pression ambiante la température de
distillation est de 178˚C [5]

CHAPITRE 1. CONDENSATION BENZOINE CATALYSÉE PAR LA
THIAMINE 15
Fig. 1.8: Spectre IR de la benzoine

16 1.7. ANNEXES
Fig. 1.9: Spectre RMN 1 H de la benzaldéhyde

CHAPITRE 1. CONDENSATION BENZOINE CATALYSÉE PAR LA
THIAMINE 17
Fig. 1.10: Spectre RMN 1 H de la benzaldéhyde

18 1.7. ANNEXES
Fig. 1.11: Spectre RMN 1 H de la benzoine

CHAPITRE 1. CONDENSATION BENZOINE CATALYSÉE PAR LA
THIAMINE 19
Fig. 1.12: Spectre RMN 1 H de la benzoine

20
1.7.2 Fiche de toxicité
Produit
Hydrochlorure de
thiamine
Hydroxyde de Sodium
3 M
Benzaldéhyde Ethanol 95%
N˚CAS 67-03-8 1310-73-2 100-52-7 64-17-5
Formule C12H17ClN4OS · HCl NaOH C6H5CHO C2H5OH
Masse moléculaire (g/mol) 337.26 39.99 106.12 16.04
Quantité (g, mmol) 3.5 g (0.010 mmol) 7 ml 40 ml 32 ml
Inflammabilité non non non très inflammable
Toxicité non (irritant) très corrosif non oui
Irritation de la peau oui oui oui oui
Types de gants à utiliser Latex (Nitrile) Latex Latex Latex
Dangereux par inhalation oui oui oui oui
Cancérigène non non non non
Autres dangers irritation des yeux brûlure irritation des yeux irritation des yeux
Que faire avec les déchets bidon chloré évier flacon sous chapelle bidon
Références bibliographiques [5] et [8] [5] et [8] [5] et [8] [5] et [8]

Bibliographie
[1] Oranginc chemistry. Benzoin condensation. http ://www.organicchemistry.org/namedreactions/benzoin-condensation.shtm
23.11.2007.
[2] Coll. Organic syntheses. http ://www.orgsyn.org/orgsyn/prep.asp ?prep=cv1
p0094 23.11.2007.
[3] Vollardt et Schore. Traité de chimie orangique. De Boeck, chap 23 :1040–1042,
2004. 4ème édition.
[4] G.GOMEZ. Table ir. http ://pedagogie.ac-montpellier.fr :8080/disciplines/scphysiques/academie/ABCDorga/FAMILLE/tableIR.html
30.11.2007.
[5] Acors Organics. Acors Organics. www.acros.com 21.11.2007.
[6] Sigma-Aldrich. Spectre rmn référence. http ://www.sigmaaldrich.com
23.11.2007.
[7] Lubert Stryer, Jeremy M.Berg, and John L. Tymoczko. Biochimie. Médecine-
Science Flammarion, chap 16 :438, 2003. 5ème édition.
[8] Oxford University. Chemical and Other Safety Information from the Physical
Chemistry Laboratory, Oxford University. joule.pcl.ox.ac.uk/MSDS/#MSDS
21.11.2007.
[9] D.H. Williams, I. Fleming, and Mc Grae-Hill. Table ir et rmn, spectroscopic
methods in organic chemistry.
21