Synthèse de l’auxine

 

Nous allons ici nous pencher sur la synthèse de l’auxine, une substance naturelle présente chez les plantes en tant qu’hormone de croissance, également utilisable comme réactif en chimie organique.

 

I. Présentation

 

1) La molécule

 

L’auxine se compose de deux parties : un noyau indole (en rouge) sur lequel est fixé (en position 3) une chaîne acide acétique (en bleu).

 

Fig. 1

 

En nomenclature officielle (IUPAC), il s’agit de l’acide 2-(1H-indol-3-yl)acétique, mais le nom d’acide 3-indolacétique est plus usité.

 

2) L’auxine dans le règne végétal

 

L’acide 3-indolacétique est la toute première hormone végétale découverte et probablement l’une des plus étudiée depuis plusieurs décennies[1]. Mais si de nombreuses découvertes ont déjà été faites sur la biosynthèse et les mécanismes d’action de ce composé dans la plante, des zones d’ombre subsistent encore.

Il convient de préciser que si le terme d’auxine s’appliquait auparavant uniquement à l’acide 3-indolacétique, il est maintenant utilisé pour toute une classe de composés ayant des propriétés physiologiques voisines (Fig. 2).

 

Fig. 2

 

a. La biosynthèse de l’acide 3-indolacétique

 

Des études ont montré que cette molécule est synthétisée par la plante principalement à partir du tryptophane. Il a été envisagé une voie secondaire de biosynthèse à partir d’indole.

  

Le tryptophane est tout d’abord transformé en indole-3-acétaldoxime sous l’action d’enzymes à cytochromes P450. L’acide 3-indolacétique est alors obtenu via des réactions d’oxydation de l’indole-3-acétaldoxime[2].

 

Fig. 3

 

Les mécanismes de ces transformations ne sont pas encore parfaitement établis, cependant un schéma plus détaillé de la biosynthèse est disponible en annexe.

 

b. Transport et stockage de l’auxine

 

L’auxine est synthétisée dans certaines parties de la tige, dans les méristèmes (zone de croissance[3]) et les jeunes feuilles des bourgeons terminaux[4].

Cependant cette hormone peut agir sur toutes les parties de la plante et doit donc  être transportée des feuilles jusqu’aux racines.

Deux mécanismes de transport de l’auxine ont été mis en évidence : le transport par voie apolaire et le transport par voie polaire[5].

 

-         Le transport apolaire

 

Il existe dans la plante des tissus conducteurs de la sève élaborée : le phloème[6]. C’est par ces tissus que l’auxine va pouvoir se déplacer. En effet, des différences de concentration en auxine dans différentes parties de ces canaux vont entraîner la mise en mouvement de la molécule qui va alors pouvoir être distribuée dans toute la plante.

Le transport polaire permet de faire en sorte que ces déséquilibres de concentration soient permanents.

 

-         Le transport polaire

 

L’auxine est un acide faible (pKa = 4,8) qui va pouvoir exister sous sa forme acide (IAAH) ou basique (IAA-) en fonction du pH. C’est sur les différences de propriétés des formes acido-basiques qu’est basé le transport polaire.

 

Fig. 4

 

Dans le cytoplasme de la cellule végétale (pH = 7,2), l’auxine se trouve sous la forme ionique IAA-. Sous cette forme, l’auxine ne peut traverser la paroi cellulaire. La seule possibilité de sortie est d’utiliser des canaux spécifiques (en rouge) situés sur une seule face de la cellule.

Une fois l’auxine dans l’espèce intercellulaire (pH = 5,5), elle va se protoner donc exister sous la forme IAAH. Sous cette forme, l’auxine peut entrer dans la cellule suivante soit par diffusion à travers la membrane cellulaire, soit à travers des canaux spécifiques (en bleu). Une fois dans la cellule, elle va se déprotoner et le cycle recommance...

 

Fig. 5 : Transport polaire de l’auxine[7].

 

 C’est la disposition des canaux de sortie de l’auxine sur une seule face de la cellule qui rend le transport monodirectionnel.

 

De façon simplifiée, il est possible de dire que l’auxine est apportée des feuilles où elle est synthétisée jusqu’aux racines par transport polaire puis remonte dans le reste de la plante par transport apolaire (Fig. 6).

 

Fig. 6 : a) Le transport polaire amène l’auxine en bas de la racine. b) L’auxine se concentre en bas de la racine et diffuse dans les cellules adjacentes. c) Le transport apolaire ramène l’auxine dans la partie supérieure de la plante. d) Schéma général du transport de l’auxine[8]

 

L’auxine est fréquemment observée dans la plante sous une forme inactive de réserve[9].

La molécule se trouve ainsi liée sous forme d’esters à des sucres ou sous forme d’amides à des peptides et des acides aminés.

Ces formes inactives servent de réservoir d’auxine. Elles peuvent être rapidement hydrolysées libérant l’auxine. Placer la molécule sous une forme inactive est également un moyen de protection pour la plante qui va ainsi pouvoir limiter sa concentration interne.

Ainsi l’espèce Arabidopsis ne possède que 1 % d’auxine sous forme libre, mais près de 90 % sous forme d’esters et environ 10 % sous forme d’amides[10].

 

c. Le rôle de l’auxine9,11

 

En tant qu’hormone de croissance, l’auxine possède de nombreux rôle, son action dépendant à la fois de sa concentration et du type de tissu sur lequel elle agit[11].

 

-         L’élongation cellulaire

 

L’auxine peut se fixer sur un récepteur cellulaire, l’ABP1 (pour Auxin-Binding Protein 1) ce qui active une enzyme mettant en mouvement une pompe à protons. Cette pompe va expulser les protons de l’intérieur de la cellule vers le milieu extracellulaire. La modification de pH résultante va avoir plusieurs effets : relâchement de la paroi cellulaire par ruptures des liaisons de ses constituants, entrée d’ions calcium Ca2+ déstabilisant la paroi, entrée d’ions potassium K+ provoquant l’entrée d’eau d’où un gonflement de la cellule.

L’ensemble de ces processus entraîne l’élongation cellulaire.

  

-         L’activation des gènes

 

L’auxine peut se fixer sur des récepteurs protéiniques, les TIR1 (Transport Inhibitor Response 1) qui vont initier l’expression de certains gènes.

Cependant, ce type de mécanisme n’a été que récemment élucidé et demeure encore mal compris.

 

-         Le phototropisme

 

Lorsque l’on éclaire une seule partie d’une plante, l’auxine migre du coté éclairé vers le coté sombre. L’hormone va alors favoriser la croissance du coté sombre par rapport au coté éclairé qui va alors se tourner vers la lumière. Ce phénomène, rapporté pour la première fois par Darwin[12] (la papa de la théorie de l’évolution) en 1881, n’a été élucidé qu’en 1974[13].

 

-         Le contrôle de la dominance apicale

 

A de faibles concentrations, l’auxine participe à la formation des bourgeons de la plante. Cependant, si celles-ci deviennent trop importantes, la formation des bourgeons est inhibée.

C’est sur ce principe que repose la dominance apicale qui consiste à ne laisser vivre que les bourgeons les plus hauts placés sur la plante.

En effet le bourgeon apical profite de sa position haute pour dominer les bourgeons latéraux en synthétisant de l’auxine qui va inhiber la formation des bourgeons sous-jacents.

 

-         La formation des racines latérales

 

A de fortes concentrations, l’auxine favorise la rhizogénèse, c'est-à-dire la formation des racines latérales.

 

d. Les applications dérivées de l’auxine

 

La connaissance des différents mécanismes impliquant l’auxine (de sa biosynthèse à son action sur l’expression des gènes) a permit de développer à la fois des engrais de synthèse (l’acide naphtalène acétique – Fig. 7a) et des herbicides (2,6-dibromophénol, quinclorac – Fig. 7b-c).

 

Fig. 7

  

3) Applications de l’auxine en chimie organique

 

L’auxine et ses dérivés peuvent servir comme réactifs chimiques lors de synthèses menant à des produits parfois complexes. En voici quelques exemples.

 

- La première synthèse énantiosélective de la (-)-20S-dihydrocléavamine réalisée par l’équipe de Mercedes Amat. La dihydrocléavamine est un alcaloïde appartenant à la famille des iboga dont font partis l’ibogamine et la voacangine[14]. Un dérivé de l’auxine est utilisé comme source de la partie indolique de la molécule[15].

 

Fig. 8

 

- En 2005, Liming Zhang rapporte la mise au point d’une nouvelle réaction domino catalysée par des sels d’or permettant la formation de cyclobutanes hautement fonctionnalisés[16]. Cette réaction met en jeu des molécules dérivant de l’auxine :

 

Fig. 9

 

Un processus domino est une suite de réactions (deux au minimum) ayant lieu les unes à la suite des autres, idéalement sans qu’aucun réactif supplémentaire n’ait besoin d’être ajouté.

L’utilisation des sels d’or en catalyse organométallique est un domaine en pleine expension permettant la formation de motifs variés[17].

Cette nouvelle méthodologie de formation de ces motifs chimiques complexes est actuellement en voie d’application à la synthèse de composés naturels.

 

- L’équipe de Gribble a rapporté la préparation d’analogues de composés naturels en utilisant l’auxine ou la N-méthylauxine comme réactifs de départ. En effet, la staurosporine[18] est une molécule naturelle possédant une activité anticancéreuse potentielle en raison de son action sur certaines étapes du cycle de division cellulaire.

Cependant sa toxicité rend son usage en thérapie impossible. Des analogues (tel l’ICP-112) possédant les mêmes propriétés anticancéreuses (amoindries) et une toxicité moindre ont été préparés.

 

Fig. 10

 

4) Schéma de synthèse

 

Nous allons ici préparer l’auxine à partir de la gramine précédemment préparée en trois étapes : formation de l’iodure de 3-(N,N,N-triméthylamoniumméthyl)indole 1 par action de l’iodure de méthyle sur la gramine[19] ; formation du 3-indoleacétonitrile 2 par action de cyanure de potassium sur le sel 1[20] ; hydrolyse basique du nitrile 2 pour donner l’auxine[20] .

 

Fig. 11

 

 

II. Mode opératoire

 

1) Synthèse de l’iodure de 3-(N,N,N-triméthylamoniumméthyl)indole

 

a) Matériels et produits utilisés

 

1. Ballon monocol de 100 ml

2. Ampoule de coulée isobare de 20 ml

3. Agitateur magnétique + barreau aimanté

4. Bouchon en verre ou septum

5. Filtre en verre fritté, porosité N°4

6. Dispositif de filtration sous vide

7. Eprouvette de 100 ml

8. Seringue de 5 ml

9. Bain de glace

10. Gramine

11. Iodométhane

12. Ethanol

13. Ether diéthylique

 

                  b) Réactifs et solvant

 

Produits

Masse molaire (g.mol-1)

Masse (g)

Quantité de matière (mol)

Equivalents

Volume (ml)

Gramine

174,25

10

0,0574

1

/

Iodométhane

141,93

10,59

0,07462

1,3

4,64

Ethanol

/

/

/

/

55

 

c) Mode opératoire

 

1. Réaliser le montage ci-dessous :

 

Fig. 12

 

2. Placer 10 g de gramine dans le ballon puis ajouter 55 ml d’éthanol et mettre sous agitation.

3. Placer 4,64 ml de iodométhane dans l’ampoule de coulée isobare et la boucher.

4. Ajouter goutte à goutte le contenu de l’ampoule au milieu réactionnel, puis laisser sous agitation pendant 6 h à température ambiante.

5. Refroidir le milieu réactionnel à 0°C pendant 2 heures.

6. Filtrer sur un filtre en verre fritté et essorer le solide blanc sous vide.

7. Rincer le solide par 3 x 10 ml d’éthanol puis 3 x 15 ml d’éther glacé en essorant bien le solide entre chaque lavage.

8. Sécher le solide sous vide.

 

 

2) Synthèse du 3-indoleacétonitrile

 

ATTENTION : RECOMMANDATIONS POUR L’USAGE DE CYANURES

 

Cette synthèse met en jeu du cyanure de potassium. Il s’agit d’un poison extrêmement violent agissant par blocage de la respiration cellulaire. Sa manipulation doit se faire en respectant scrupuleusement les règles de sécurité : port de la blouse, de lunettes de protection, d’une double paire de gants, sous hotte.

Le gant supérieur doit être immédiatement changé en cas de projection de traces de cyanures sur celui-ci. Le gant inférieur ne doit pas être enlevé. La peau est donc ainsi toujours protégée d’éventuels contacts avec du matériel souillé.

Tout le matériel ayant été en contact avec du cyanure doit être placé dans une solution de soude concentrée puis additionnée goutte à goutte d’une solution concentrée d’hypochlorite de sodium (eau de Javel) tout en refroidissant. Cela doit être impérativement fait sous hotte ou dans un endroit très bien ventilé. Laissez ensuite pendant une nuit avant de laver le matériel.

En cas de lavage difficile de certaines surfaces, ne JAMAIS utiliser de produits acides. Il y a un risque de dégagement de gaz toxique : le cyanure d’hydrogène HCN.

 

a) Matériels et produits utilisés

 

1. Ballon monocol de 250 ml

2. Réfrigérant

3. Agitateur magnétique + barreau aimanté

4. Bain d’huile

5. Ampoule à décanter de 250 ml

6. 2 Erlenmeyers de 250 ml

7. Eprouvette de 100 ml

8. Colonne chromatographique

9. Composé 1

10. Cyanure de potassium

11. Eau distillée

12. Sulfate de sodium anhydre

13. Ether diéthylique

14. Saumure

15. Gel de silice

16. Heptane

17. Acétate d’éthyle

 

b) Réactifs et solvant

 

Produits

Masse molaire (g.mol-1)

Masse (g)

Quantité de matière (mol)

Equivalents

Volume (ml)

1

316,18

10

0,0316

1

/

Cyanure de potassium

65,11

8,24

0,1265

4

/

Eau

/

/

/

 

100

  

c) Mode opératoire

 

1. Réaliser le montage suivant :

 


Fig. 13

 

2. Placer 10 g du composé 1 et 8,24 g de cyanure de potassium, puis ajouter 10 ml d’eau.

3. Porter le milieu réactionnel entre 65 et 70 °C pendant 2 heures. Il n’est pas nécessaire de faire circuler de l’eau dans le réfrigérant.

4. Laisser revenir à température ambiante puis saturer le milieu par du sulfate de sodium.

5. Extraire par 4 x 20 ml d’éther diéthylique, rassembler les phases organiques.

6. Laver la phase organique par 2 x 20 ml d’eau, 20 ml de saumure, sécher sur sulfate de sodium puis concentrer sous vide.

7. Purifier le produit par chromatographie sur colonne de silice, éluant : heptane/acétate d’éthyle (7/3 en volume).

8. Analyser les fractions par CCM et rassembler celles de même composition.

9. Evaporer le solvant et sécher le produit sous vide. 

 

 

3) Synthèse de l’auxine

 

a) Matériels et produits utilisés

 

1. 2 Ballons monocols de 50 ml

2. Réfrigérant

3. Agitateur magnétique + barreau aimanté

4. Eprouvette de 25 ml

5. Bain eau/glace

6. Filtre en verre fritté, porosité 3

7. Système de filtration sous vide

8. Composé 2

9. Hydroxyde de potassium

10. Eau distillée

11. Acide chlorhydrique concentré

12. Noir animal


 

b) Réactifs et solvant

 

Produits

Masse molaire (g.mol-1)

Masse (g)

Quantité de matière (mol)

Equivalents

Volume (ml)

3-indoleacétonitrile 2

156,19

1

0,0064

1

/

Hydroxyde de potassium

56,11

3,6

0,064

10

/

Eau

/

/

/

/

20

 

c) Mode opératoire

 

1. Réaliser le montage suivant :

 

Fig. 14

 

2. Placer 1 g du composé 2 dans le ballon de 50 ml.

3. Préparer une solution de potasse en dissolvant 3,6 g d’hydroxyde de potassium dans 20 ml d’eau.

4. Ajouter la solution de potasse dans le ballon puis porter au reflux sous agitation vive pendant 6 heures.

5. Laissez revenir à température ambiante puis refroidir dans un bain eau/glace.

6. Ajouter goutte à goutte une solution d’acide chlorhydrique concentré jusqu’à obtenir un pH = 1.

7. Laissez dans le bain pendant 2h puis filtrer.

8. Rincer le solide par 2 x 5 ml d’eau glacée.

9. Redissoudre le solide dans le minimum d’eau bouillante (au reflux – environ 20 ml d’eau sont nécessaires) et une fois complètement dissous, rajouter une pointe de spatule de noir animal pour décolorer la solution. Laisser au reflux 2 minutes.

10. Filtrer la solution bouillante sur deux filtres en papier superposés placés sur un filtre en verre fritté. Rincer le résidu noir dans le filtre par 3 ml d’eau bouillante.

11. Laisser cristalliser le solide par refroidissement.

12. Filtrer et rincez le solide par 3 ml d’eau glacée.

13. Sécher le solide sous vide.

 

 

III. Résultats et discussion

 

1) Synthèse de l’iodure de 3-(N,N,N-triméthylamoniumméthyl)indole

 

a) La réaction

 

Une fois n’en pas coutume, nous allons raisonner comme un chimiste à sa paillasse, faisant le lien entre la théorie (la chimie sur le papier marche toujours très bien) et la pratique…

 

-         La théorie

 

Il s’agit ici d’une réaction de substitution nucléophile d’ordre 2 (Sn2) de l’amine tertiaire (la gramine) sur l’iodure de méthyle selon :

 

Fig. 15

 

On forme alors un ammonium (R4N+) qui précipite sous forme de sel lors de la réaction.

L’intérêt de cette étape est de rendre le groupe diméthylamine de la gramine meilleur groupe partant. En effet, le groupe diméthylamino, face à un nucléophile, n’est pas un bon groupe partant car l’espèce résultante (Me2N-) est elle-même nucléophile et base forte.

Lorsque l’on passe à l’ammonium, le groupe partant sera alors de la triméthylamine (NMe3) qui sera éliminée rapidement du milieu réactionnel en raison de son bas point d’ébullition (50°C). Ainsi la substitution par un nucléophile sera facilitée.

 

La modification du milieu réactionnel rend compte de la réaction car on observe tout d’abord que la gramine n’est pas totalement soluble. Au bout de quelque minutes, un précipité blanc apparaît (le sel attendu) alors que la gramine est peu à peu totalement consommée. 

 

Fig. 16

 

Fig. 17

 

Fig. 18

 

Fig. 19

 

-         La pratique

 

Le spectre RMN de la poudre blanche obtenue montre certaines incompatibilités avec le composé attendu.

En effet, nous attendons 9 hydrogènes présentant un déplacement chimique d’environ 3 ppm correspondant aux trois groupes méthyles fixés sur l’azote (en rouge).

 

Fig. 20

 

Fig. 21

 

Or il apparaît sur le spectre RMN (Fig.20) que ces neuf protons sont absents… En revanche, le proton de l’azote du noyau indole (en violet) est bien présent, de même que les protons aromatiques (en vert) et les deux protons en bleu.

Et c’est là que la sempiternelle question du chimiste se pose : « C’est quoi cette merde ? ».

 

En étudiant le spectre RMN d’un peu plus près, nous pouvons nous rendre compte que si l’on multiplie le nombre d’hydrogènes par 2, nous pouvons retomber sur quelque chose de chimiquement possible :

 

Fig. 22

 

Fig. 23

 

En 1952, Armen et Geissman rapportent que la préparation du méthyliodure de la gramine selon la méthode classiquement employée (et que nous avons ici appliquée) ne conduit qu’à la formation que de traces du composé attendu. Le véritable produit de la réaction est celui représenté ci-dessus[21].

Il est possible d’expliquer sa formation selon la séquence suivante :

 

Fig. 24

 

La gramine réagit sur l’iodométhane pour donner le méthyliodure de la gramine attendu. Mais la gramine encore présente dans le milieu est une amine nucléophile qui va pouvoir réagir par une réaction de substitution nucléophile pour donner le dimère en libérant de la triméthylamine qui va réagir avec l’iodure de méthyle pour donner l’iodure de tétraméthyle insoluble.

Au final, nous obtenons un mélange de plusieurs composés : le dimère, l’iodure de tétraméthylamine et peut-être un peu du produit attendu.

 

Nous n’appellerons donc plus le composé obtenu par action de l’iodure de méthyle sur la gramine : méthyliodure de gramine mais iodure de 3,3-bis-indolylméthyldiméthylammonium.

 

Geissman et Armen proposent une méthode de synthèse permettant d’obtenir le méthyliodure de gramine pur. Cependant cette méthode mettant en jeu de grandes quantités d’iodure de méthyle toxique (80 ml pour 5 g de gramine), elle ne sera pas employée.

 

Le composé que nous avons obtenu, l’iodure de 3,3-bis-indolylméthyldiméthylammonium, peut-être utilisé lors de la suite de la synthèse.

 

b) Résultats

 

On obtient après séchage 16,54 g d’une poudre blanche.

En raison du mélange de produits contenus dans cette poudre, aucun rendement ne sera calculé.

 

Fig. 25

c) Analyses

 

-         Point de fusion[22] : 164,5°C. Des points de fusion de 175°C, 176-177°C, voir 300°C on été rapportés dans la littérature pour ce type de mélange.

      -         Le spectre RMN de l’iodure de 3,3-bis-indolylméthyldiméthylammonium est disponible ici.[23].

 

d) Produits utilisés[24]

 

-         Ethanol : C2H5OH ; Facilement inflammable.

Risque : R 11 : Facilement inflammable.

Conseils de prudence : S 7 : Conserver le récipient bien fermé.

                                    S 16 : Conserver à l’écart de toute flamme ou source d’étincelles. Ne pas fumer.

 

-         Ether diéthylique : C4H10O ; Extrêmement inflammable, nocif

Risque : R 12 : Extrêmement inflammable.

              R 19 : Peut former des peroxydes explosifs.

              R 22 : Nocif en cas d’ingestion.

              R 66 : L’exposition répétée peut provoquer dessèchement ou gerçures de la peau.

              R 67 : L’inhalation de vapeurs peut provoquer somnolence et vertiges.

Conseils de prudence : S 9 : Conserver le récipient dans un endroit bien ventilé.

                                     S 16 : Conserver à l’écart de toute flamme ou source d’étincelles. Ne pas fumer.

                                     S 29 : Ne pas jeter les résidus à l’égout.

                                     S 33 : Eviter l’accumulation de charges électrostatiques.

 

-         Gramine : C11H14N2 : Corrosif

Risque : R 34 : Provoque des brûlures.

Conseils de prudence : S 26 : En cas de contact avec les yeux, laver immédiatement et abondamment avec de l’eau et consulter un spécialiste.

                                    S 36/37/39 : Porter un vêtement de protection approprié, des gants et un appareil de protection des yeux/du visage.

                                    S 45 : En cas d’accident ou de malaise consulter immédiatement un médecin (si possible lui montrer l’étiquette).

 

-         Iodométhane : CH3I ; Toxique, irritant, cancérigène.

Risques : R 21 : Nocif par contact avec la peau.

                R 23/25 : Toxique par inhalation et ingestion.

                R 37/38 : Irritant pour les voies respiratoires et la peau.

                R 40 : Effet cancérigène suspecté – Preuves insuffisantes.

Conseils de prudence : S 36/37 : Porter un vêtement de protection et des gants appropriés.

                                    S 38 : En cas de ventilation insuffisante, porter un appareil respiratoire approprié.

                                    S 45 : En cas d’accident ou de malaise consulter immédiatement un médecin (si possible lui montrer l’étiquette)

 

- Iodure de 3,3-bis-indolylméthyldiméthylammonium : C20H22IN3 ; Pas de données disponibles

 

  

2) Synthèse du 3-indoleacétonitrile

 

a) La réaction

 

Nous pouvons tout d’abord exposer le mécanisme de la réaction mettant en jeu le méthyliodure de la gramine pour comprendre cette réaction.

Il s’agit d’une substitution nucléophile d’ordre 1 (Sn1) se déroulant selon le mécanisme suivant :

 

Fig. 28

 

Le même type de mécanisme peut s’écrire en utilisant l’iodure de 3,3-bis-indolylméthyldiméthylammonium :

 

Fig. 29

 

Une rapide analyse du spectre RMN du produit brut (Fig. 31) permet de confirmer à la fois la présence du 3-indoleacétonitrile 2 attendu (en rouge) et de la gramine (en bleu) obtenue comme sous produit de réaction : 

 

Fig. 30

 

Fig. 31

 

En début de réaction, seul le cyanure de potassium est soluble et l’iodure de 3,3-bis-indolylméthyldiméthylammonium reste en suspension dans la solution aqueuse.

Au fur et à mesure que la réaction se déroule, on observe la disparition de la suspension jusqu’à obtention d’une légère émulsion. Une fois cette émulsion obtenue, nous pouvons considérer la réaction comme terminée.

 

Fig. 32 : En début de réaction.

 

Fig. 33 : Une heure de réaction.

 

Fig. 34 : Deux heures de réaction.


 

La purification par chromatographie est ainsi toute indiquée puisque la gramine va rester en tête de colonne alors que le composé attendu sera entrainé par le solvant.

 

b) Résultats

 

On obtient 2,4722 g d’une huile légèrement orange, rdt = 68 %.

 

Fig. 35

  

c) Analyses

 

-         Le spectre RMN du 3-indolacétonitrile est disponible ici (enregistré dans CDCl3)[23]

      -         Le spectre IR du 3-indolacétonitrile est disponible ici[25]

      -         Le spectre de masse du 3-indolacétonitrile est disponible ici[26]

 

 

d) Produits utilisés[24]

 

-         Cyanure de potassium : KCN ; Très toxique, dangereux pour l’environnement.

Risques : R 26/27/28 : Très toxique par inhalation, par contact avec la peau et par ingestion. 

                R 32 : Au contact d’un acide, dégage un gaz très toxique.

                R 50/53 : Très toxique pour les organismes aquatiques, peut entraîner des effets néfastes à long terme pour l’environnement aquatique.

Conseils de prudence : S 7 : Conserver le récipient bien fermé.

                                    S 28.1 : Après contact avec la peau, se laver immédiatement et abondamment avec de l’eau.

                                    S 29 : Ne pas jeter les résidus à l’égout.

                                    S 45 : En cas d’accident ou de malaise consulter immédiatement un médecin (si possible lui montrer l’étiquette).

                                    S 60 : Eliminer le produit et son récipient comme produit dangereux.

                                    S 61 : Eviter le rejet dans l’environnement. Consulter les instructions spéciales/la fiche de données de sécurité.

 

-         Eau : H2O

 

- Iodure de 3,3-bis-indolylméthyldiméthylammonium : C20H22IN3 ; Pas de données disponibles

 

 

3) Synthèse de l’auxine

 

a) La réaction

 

Il s’agit d’une hydrolyse basique d’une fonction nitrile pour former l’acide carboxylique correspondant selon le mécanisme suivant :

 

Fig. 41

 

Il y a tout d’abord attaque nucléophile de l’ion hydroxyde sur la fonction nitrile. L’intermédiaire obtenu est ensuite reprotoné par l’eau présente dans le milieu réactionnel. Un équilibre réversible permet d’obtenir un amide primaire.

Celui-ci va réagir avec un autre ion hydroxyde selon une réaction de substitution nucléophile. L’intermédiaire va alors éliminer un ion amidure (NH2-) qui va déprotoner l’acide pour donner le carboxylate et de l’ammoniaque.

 

En début de réaction, sous agitation vive, le milieu réactionnel consiste en une émulsion du composé 2 (une huile) dans l’eau. Au fur et à mesure que 2 est consommé, l’émulsion disparaît pour laisser place à une solution limpide, le carboxylate formé étant soluble dans la solution basique.

 

 

Fig. 42 : En début de réaction.

 

Fig. 43 : En fin de réaction.

 

Le composé final précipite par acidification du milieu réactionnel par de l’acide chlorhydrique concentré.

 

Fig. 44 : Après l’ajout de quelques gouttes d’HCl.

 

Fig. 45 : A pH = 1.

 

Le solide obtenu peut présenter une couleur violette plus ou moins marquée. Notons que lorsque l’on chauffe ce solide à l’étuve (environ 60°C) la couleur violette devient plus intense.

 

Fig. 46 : Solide passé à l’étuve.

 

      Il est possible de décolorer le produit est le dissolvant dans de l’eau bouillante et en ajoutant du noir animal. Il s’agit de carbone très fin pouvant piéger des colorants et certaines molécules organiques.

Par filtration puis refroidissement, il est possible de récupérer de l’auxine pure et incolore.

 

b) Résultats

 

L’auxine pure est obtenue sous la forme de cristaux très légèrement bruns, m = 1,372 g ; rdt = 81,6 %.

 

Fig. 47

 

c) Analyses

 

-         Point de fusion[22] : 164,2°C (th : 164,5 – 165,5°C)

     -         Le spectre RMN de l'acide 3-indoleacétique est disponible ici (enregistré dans CDCl3)[23]

     -         Le spectre IR de l'acide 3-indoleacétique est disponible ici [25]

     -         Le spectre de masse de l'acide 3-indoleacétique est disponible ici [26]

 

                     d) Produits utilisés[24]

 

-         Acide chlorhydrique : HCl ; Corrosif

Risques : R 34 : Provoque des brûlures.

               R 37 : Irritant pour les voies respiratoires.

Conseils de prudence : S 26 : En cas de contact avec les yeux, laver immédiatement et abondamment avec de l’eau et consulter un spécialiste.

                                     S 36/37/39 : Porter un vêtement de protection approprié, des gants et un appareil de protection des yeux/du visage.

                                     S 45 : En cas d’accident ou de malaise consulter immédiatement un médecin (si possible lui montrer l’étiquette).      

 

-         Charbon actif : C

 

-         Eau : H2O       

 

-         Hydroxyde de potassium : KOH ; Corrosif

Risque : R 35 : Provoque de graves brûlures.

Conseils de prudence : S 26 : En cas de contact avec les yeux, laver immédiatement et abondamment avec de l’eau et consulter un spécialiste.

 S 28.1 : Après contact avec la peau, se laver immédiatement et abondamment avec de l’eau.

 S 37/39 : Porter des gants et un appareil de protection des yeux/du visages.

 S 45 : En cas d’accident ou de malaise, consulter immédiatement un médecin (si possible lui montrer l’étiquette).

 

 

IV. Bibliographie

 

[1] Taiz L., Zeiger E. ; Auxin : the growth hormone, dans Plant Physiology., 2002, Sinauer Association Inc., 423

[2] Cohen J.D., Slovin J.P., Hendrickson A.M. ; TRENDS in Plant Science, 2003, 8, 197

[3] http://fr.wikipedia.org/wiki/M%C3%A9rist%C3%A8me

[4] http://www.inrp.fr/Acces/biotic/morpho/html/auxine.htm

[5] Benjamins R., Malenica N., Luschnig C. ; BioEssays, 2005, 27, 1246

[6] http://fr.wikipedia.org/wiki/Phlo%C3%A8me

[7] Fleming A.J. ; TRENDS in Cell Biology, 2006, 16, 397

[8] Kramer E.M., Benett M.J. ; TRENDS in Plant Science, 2006, 11, 382

[9] Kelley K.B., Riechers D.E. ; Pestic. Biochem. Physiol., 2007, doi : 10.1016/j.pestbp.2007.04.002 - Under Press

[10] Woodward A.W., Bartel B. ; Auxin : regulation, action, and interaction, Ann. Bot., 2005, 95, 707

[11] http://fr.wikipedia.org/wiki/Auxine

[12] Darwin C., Darwin F. ; The Power of Movement in Plants. 1881, New York  : D. Appleton.

[13] Rubery P.H., Sheldrake A.R. ; Planta, 1974, 188, 101

[14] Hesse M. ; Alkaloids – Nature’s Curse or Blessing ?, 2002, Wiley-VCH

[15] Amar M., Escolano C., Lozano O., Gomez-Esqué A., Griera R., Molins E., Bosch J.; J. Org. Chem., 2006, 71, 3804

[16] Zhang L., J. Am. Chem. Soc., 2005, 127, 16804

[17] Hashmi S.K., Hutchings G.J. ; Angew. Chem. Int. Ed., 2006, 45, 7896

[18] Omura S., Iwai Y., Hirano A., Nakagawa A., Awaya J., Tsuchiya H., Takahashi Y., Masuma R. ; J. Antibiotics, 1997, 30, 275

[19] Snyder H.R., Smith C.W., Stewart J.M. ; J. Am. Chem. Soc., 1944, 66, 200

[20] Thesing J., Schulde F. ; Chem. Ber., 1952, 324

[21] Geissamn T.A., Armen A. ; J. Am. Chem. Soc., 1952, 74, 3916

[22] Enregistré sur un Büchi Melting Point B-540

[23] Enregistré sur un spectromètre Bruker AC-500

[24] Catalogue VWR 2002

[25] Enregistré sur un spectromètre Perkin Elmer Spectrum BX

[26] http://www.aist.go.jp/RIODB/SDBS/cgi-bin/cre_index.cgi