Réaction de Gabriel

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La réaction de Gabriel, nommée en l'honneur du chimiste allemand Siegmund Gabriel, permet de synthétiser des amines primaires à partir d'un ion phtalimide et d'un halogénure d'alkyle primaire ou secondaire (un halogénométhane peut aussi être employé)[1]. L'ion phtalimide peut être acheté commercialement sous forme de sel ou généré in situ à partir de phtalimide et d'une base forte tel l'hydroxyde de potassium.

Synthèse de Gabriel

Mécanisme[modifier | modifier le code]

La première étape de la réaction est la déprotonation de l'imide. L'atome d'hydrogène de la fonction imide présente un caractère assez acide. L'anion imidure, base conjuguée de l'acide imide, est stabilisé par effet mésomère, dû à la présence des deux groupes carbonyle électrophiles liés à l'atome d'azote. Le phtalimide peut donc être facilement déprotonné. Il forme des sels avec différents cations métalliques, tels que les ions potassium et sodium. Ces sels peuvent être obtenus par réaction avec les carbonates métalliques correspondants. Le pthalimidure de potassium peut être synthétisé en faisant réagir le phtalimide avec le carbonate de potassium dans l'eau à 100 °C, ou par réaction du phtalimide avec une solution alcoolique d'hydroxyde de potassium.

Déprotonation phtalimide.jpg

Le produit obtenu est peu basique (moins que les amidures), mais est un bon nucléophile. Il réagit avec les composés organiques halogénés, dans une réaction de substitution nucléophile bimoléculaire, de type SN2. La réaction est assez lente, mais est accélérée par chauffage et l'utilisation d'un solvant polaire aprotique, tel que le diméthylformamide (DMF).

Réaction Gabriel.jpg

L'atome d'azote du N-alkylphtalimide obtenu est très peu nucléophile, à cause de la présence des deux groupements carbonyle. Il n'a donc pas tendance à donner de substitution nucléophile avec une seconde molécule d'halogénure. Du coup, on évite la polyalkylation, qui est le principal inconvénient de la réaction d'Hofmann.

L'hydrolyse de l'intermédiaire réactionnel, en milieu basique concentré, conduit à la formation d'une amine, l'ion benzène-1,2-dioate (phtalate) étant obtenu comme sous-produit[2].

Hydrolyse alkylphtalimide.jpg

Le chauffage, nécessaire lors de la dernière étape, conduit à une dégradation importante des produits. Ing et Manske ont mis au point une variante[3], dans laquelle la base utilisée pour la dernière étape est l'hydrazine, qui agit à température ambiante, et évite les pertes de l'hydrolyse à chaud.

Variante Ing Manske.jpg

Synthèse des α-amino-acides[modifier | modifier le code]

Les acides α-aminés peuvent être synthétisés par la réaction de Gabriel du phtalimide avec l'acide α-bromé correspondant.

Synthèse Gabriel aminoacides.jpg

L'utilisation, comme réactif halogéné, du 2-bromopropane-1,3-dioate d'éthyle (bromomalonate d'éthyle) permet une synthèse de nombreux acides α-aminés.

L'imidure est d'abord alkylé par l'ester bromomalonique.

Réaction Gabriel du malonate d'éthyle.jpg

L'alkylimide porte un hydrogène acide, en α de l'azote, qui est facilement arraché par une base, généralement l'ion éthanolate.

Réaction Gabriel du malonate d'éthyle-carbanion.jpg

Le carbanion ainsi formé est alors utilisé comme nucléophile, lors d'une réaction de substitution nucléophile sur un composé organique halogéné. C'est à cette étape que l'on introduit le reste R de l'acide α-aminé.

Réaction Gabriel du malonate d'éthyle-substitution.jpg

L'hydrolyse basique conduit enfin à la base conjuguée de l'acide α-aminé.

Synthèse Gabriel aminoacides hydrolyse.jpg

Avec ce réactif, la synthèse de Gabriel de l'acide aminométhanoïque (glycine) a un rendement de 85 %. +t

Références[modifier | modifier le code]

  1. Graham Solomons, Craig Fryhle (adaptation de Normand Voyer), Chimie organique, Modulo, Mont-Royal (Québec), 2000, p. 846 (ISBN 2891137981)
  2. Jie Jack Li, E. J. Corey, Name reactions for functional group transformations, 2007, éd. Wiley-Interscience (ISBN 978-0-471-74868-7), p. 438
  3. H.R. Ing, R.H.F. Manske, J.Chem.Soc., 2349 (1926)