Synthèse et utilisation de l’acide o-iodoxybenzoïque

 

 

Nous allons ici nous intéresser à la synthèse d’un composé iodé oxydant : l’acide o-iodoxybenzoïque, plus connu sous son acronyme IBX. Nous illustrerons son utilisation à travers l’oxydation du géraniol et du menthol en géranial et menthone.

 

 

I.                 Présentation

 

1)     La molécule

 

Le nom usuel de l’IBX (acide o-iodoxybenzoïque) nous permet de déterminer quelques points importants de la formule de ce composé. Tout d’abord il y a de l’iode et de l’acide benzoïque… La précision ortho indique que l’iode en juste à côté du groupe acide benzoïque. Quand au iodoxybenzoique, il laisse supposer la présence d’oxygène sur l’iode…

Fort de ces indications (et d’un bon bouquin de chimie), nous pouvons écrire la structure de l’IBX :

 

Fig. 1

 

Nous remarquons bien le groupe acide benzoïque (en bleu), l’iode (en rouge) et les oxygènes fixés sur l’iode (en violet). Nous pouvons remarquer que l’iode présente ici un degré d’oxydation de V ce qui classe l’IBX dans la famille des composés de l’iode hypervalent.

 

Ce composé (en nomenclature systématique : 1-oxyde de 1-hydroxy-1,2-benziodoxol-3-one) présente la particularité de pouvoir oxyder des alcools primaires en aldéhydes sans risque de suroxydation (dans les conditions normales d’utilisation), c'est-à-dire sans aller jusqu’à l’acide carboxylique correspondant.

 

2)     Petit rappel sur l’oxydation et les composés iodés hypervalents

 

Nous ne parlerons ici que de l’oxydation d’alcools (primaires et secondaires) en leurs composés carbonylés correspondants (aldéhydes / acides carboxyliques et cétones).

 

Les plus anciens oxydants permettant de réaliser ces transformations sont probablement les sels de chromes[1].

Dans cette catégorie, le trioxyde de chrome (CrO3) en fonction des conditions opératoires permet d’obtenir les acides carboxyliques (dans l’acide acétique ou dans l’acétone) ou les aldéhydes (dans l’acétone, utilisation du complexe CrO3-pyridine). Mais des problèmes de suroxydation sont souvent rencontrés avec ce réactif.

Dans les années 1970, Corey introduit avec succès deux réactifs d’oxydation à base de chrome : le PCC pour ChloroChromate de Pyridinium[2] et le PDC pour DiChromate de Pyridinium[3]. Mais si ces réactifs permettent de réaliser des oxydations contrôlées s’arrêtant à l’aldéhyde dans le cas des alcools primaires, restent les problèmes de manipulation de sels de chrome VI connus pour être cancérigènes[4].

 

Fig. 2

 

D’autres méthodes d’oxydations existent, par exemple celles mettant en jeu le diméthylsulfoxyde (DMSO) avec le chlorure d’oxalyle (oxydation de Swern[5]) ou le dicyclohexylcarbodiimide (oxydation de Moffatt[6]). En raison des conditions opératoires douces, ces oxydations sont souvent utilisées lors de synthèses de produits organiques complexes. Les mécanismes de ces réactions sont explicités en annexe.

 

Fig. 3

 

L’oxydation de Ley mettant en jeu le perruthénate de tétrapropylammonium permet de former avec de bons rendements des aldéhydes à partir d’alcools primaires[7a-c]. Quand au dioxyde de manganèse, c’est un oxydant de choix pour transformer des alcools allyliques et benzyliques en aldéhydes[8] et bien que les temps d’oxydation soient fortement dépendant de la qualité du réactif, la simplicité de traitement de la réaction (une simple filtration) rend ce réactif attrayant.

 

Fig. 4

 

Parlons enfin des dérivés de l’iode hypervalent[9] : ces composés incorporent un atome d’iode présentant plus de 8 électrons dans sa couche électronique de valence.

Le plus simple est l’iodosylbenzène capable d’oxyder des alcools benzyliques et allyliques en un mélange d’acide et d’aldéhyde.

Le diacétate de phényliodure (III) permet en revanche de s’arrêter aux aldéhydes. Son analogue trifluoroacétylé (PIFA) est légèrement plus actif et les aldéhydes sont encore obtenus avec de bons rendements. Quand dichlorure de phényliodure, c’est un oxydant des alcools secondaires en cétones en présence de pyridine. Ce composé a d’ailleurs été préparé pour la première fois par Wilgerodt en 1886[10], bien avant que le concept d’iode hypervalent ne soit développé et rationalisé par Musher en 1969[11].

 

Fig. 5

 

Les périodinanes : l’IBX fut pour la première fois synthétisé par Hartman et Meyer en 1893 par oxydation de l’acide o-idobenzoïque mais son manque de solubilité dans la plupart des solvants organiques a limité son utilisation par les chimistes[12].

Il faudra attendre 1983 pour que Dess et Martin rapportent la préparation d’un dérivé de l’IBX, le 1,1,1-triacétoxy-1,1-dihydro-1,2-benziodo-3-one, plus connu sous le nom de Periodinane de Dess-Martin (DMP)[13]. Ce nouveau composé (obtenu en traitant l’IBX par un mélange d’acide et d’anhydride acétiques) est un oxydant de choix pour convertir des alcools primaires et secondaires respectivement en aldéhydes et cétones.

 

Fig. 6

 

Notons en aparté que des dérivés de l’iode hypervalent peuvent agir en tant que réactifs de chloration (Fig. 7a), d’azidation (Fig. 7b), de cyanation (Fig. 7c) ou encore de trifluorométhylation (Fig. 7d)[14a-d].

 

Fig. 7

 

L’IBX présente, tout comme le DMP, des propriétés oxydantes intéressantes lorsque les alcools sont dissous dans le diméthylsulfoxyde et permet de réaliser certaines transformations délicates (par exemple l’oxydation de certains diols).

 

Notons que l’IBX a put être employé plus récemment avec succès dans d’autres solvants. Ainsi nous pouvons noter l’oxydation d’alcools dans l’acétate d’éthyle, dans un mélange d’eau, d’acétone et de β-cyclodextrine ou encore dans des liquides ioniques[15a-c].

 

D’un point de vue purement synthétique, l’IBX est préparé par oxydation de l’acide o-iodobenzoïque soit par du bromate de potassium dans l’acide sulfurique chaud11, soit par de l’Oxone® (le composé actif est le monopersulfate de potassium sous la forme de sel triple 2KHSO5·KHSO4·K2SO4) dans de l’eau chaude[16].

 

 

3)     L’IBX en synthèse organique

 

a.  Quelques réactions de l’IBX

 

Faire une liste exhaustive des différentes réactions mettant en jeu l’IBX serait une gageur. Nous ne retiendrons ici que quelques-unes de ses applications synthétiques[17].

 

Tout d’abord l’IBX en tant qu’oxydant d’alcools pour donner les carbonyles correspondants. Dans la grande majorité des cas, l’oxydation de alcools primaires s’arrête à l’aldéhyde sans risque de suroxydation vers l’acide carboxylique.

Actuellement, il semble qu’un seul exemple d’oxydation directe en acide par l’IBX seul soit rapporté en littérature. Ainsi Finney a montré que lorsque de l’alcool benzylique est mis en présence d’IBX dans de l’acétate d’éthyle à 80°C, l’acide benzoïque correspondant était obtenu de façon quantitative12.

Il est raisonnable de se demander si cette sur-oxydation est le résultat directe de l’IBX ou alors d’une oxydation rapide du benzaldéhyde intermédiairement formé en acide dans les conditions opératoires mises en œuvre (chauffage à 80°C à l’air libre).

Dans le même registre, Giannis et son équipe ont montrés qu’il était possible d’oxyder des alcools primaires en acide en les traitant par l’IBX en présence de 2-hydroxypyridine ou d’hydroxysuccinimide[18]. La réaction obéirait alors au mécanisme suivant :

 

Fig. 8

 

L’équipe de recherche menée par Nicolaou s’est particulièrement intéressée à l’IBX et à ses réactions[19a-b].

Ainsi par ce que l’on suppose être un mécanisme radicalaire, Nicolaou a préparé à partir d’anilides divers hétérocycles parmi lesquels des oxazolidinones, des thiooxazolidinones ou encore des urées cycliques[20] ; mais également des sucres aminés[21]ou encore des énones à partir de cétones[22] (avec passage par l’éther d’énol silylé. De plus, on utilise ici un complexe formé in-situ par le mélange d’IBX et de N-oxyde de 4-méthoxypyridine (MPO) qui est plus actif que l’IBX seul.

 

Fig. 9

 

Nicolaou a également montré que l’IBX permettait d’oxyder les atomes de carbones adjacents à un système aromatique, permettant ainsi l’obtention d’aldéhydes à partir de méthyles benzyliques ou encore de cétone à partir de chaînes alkyles[23].

Il a également montré que le choix rigoureux des conditions opératoires permettait de contrôler la régiochimie de l’oxydation (cyclisation, formation d’énone, oxydation benzylique).

 

Fig. 10 : A (IBX 2,2 eq ; THF/DMSO (10/1) ; 85°C ; 8 h) / B (IBX 2 eq ; TsOH 0,2 eq ; PhF/DMSO ; 65°C ; 5 h) / C (IBX 3 eq / DMSO / 90°C : 2 h)

 

Dans le même ordre d’idée, des imines peuvent être formées à partir d’amines secondaires, des cycles aromatiques partiellement saturés peuvent être aromatisés et des dithianes peuvent être déprotégés, régénérant ainsi la cétone de départ[24a-b]. Rappelons que les dithianes sont préparés à partir de cétones ou d’aldéhydes et constituent soit des groupes protecteurs, soit des intermédiaires réactionnels intéressants en synthèse organique (voir Unpolung[25]).

 

Fig. 11

 

Pour rester dans le domaine des groupes protecteurs, Wu a montré qu’il était possible de déprotéger sélectivement certains groupes silylés. Ainsi des groupements triéthylsilyl éthers peuvent être clivé par de l’IBX sans aucune dégradation des groupes tert-butyldiméthylsilyl éthers[26]. Cette nouvelle méthodologie s’ajoute donc aux méthodes sélectives de déprotection des alcools silylés.

 

Fig. 12

 

L’IBX a également été utilisé pour réaliser l’oxydation d’indoles en isatines[27] ou encore pour agrandir des dithianes et des dithiolanes respectivement en dithiines et dithiépines[28] (en revanche le 1-phényl-1,3-dithiolane est déprotégé pour redonner l’aldéhyde).

 

Fig. 13

 

En 2006, l’équipe de Zhu met au point une nouvelle version d’une réaction multicomposants : la réaction de Passerini. La réaction classique met en jeu un aldéhyde, un acide et un isonitrile pour former des α-acyloxycarboxamides en un seul pot (sans isoler d’intermédiaires).

Cependant, les aldéhydes sont connus pour être des composés peu stables alors que leurs alcools correspondants le sont. A partir de cette constatation, une version oxydante de la réaction de Passerini fut développée[29].

Ainsi en mélangeant un alcool, de l’IBX, un acide et un isonitrile, il est possible de former les α-acyloxycarboxamides avec d’excellents rendements, sans avoir à isoler l’aldéhyde intermédiaire (formé in-situ par oxydation de l’alcool par l’IBX).

 

Fig. 14

 

En se basant sur les travaux d’oxydation d’amines secondaires en imines de Nicolaou, la même équipe met au point en 2007 une nouvelle réaction multicomposants permettant l’accès à des tétrahydroisoquinolines à partir d’une amine, d’un acide et d’un isonitrile[30].

L’amine est oxydée in-situ par l’IBX en énamine qui réagit par la suite pour former le produit final.

 

Fig. 15

 

Toujours par la même équipe, des α-iminonitriles ont put être préparés à partir d’aldéhydes, d’amine, de cyanure de triméthylsilyle et d’IBX[31]. Ces composés sont d’intéressants intermédiaires de synthèses pouvant, par exemple, être utilisés pour préparer des indolizidines (structures rencontrées dans de nombreux alcaloïdes).

 

Fig. 16

 

Nous pouvons finalement conclure sur le fait qu’en fonction du solvant ou des additifs ajoutés au milieu oxydant il est possible de moduler la réactivité de l’IBX[32].

Ces ligands entrainent une modification de structure de l’IBX en modifiant la géométrie de l’atome d’iode et l’hydridation orbitalaire de sa couche de valence. De plus, la charge positive ne se trouve plus alors localisée sur l’iode mais sur le ligand. Leur ajout permet également de favoriser la solubilité de l’IBX dans divers solvants organiques.

 

Ac-IBX

IBX.THF

IBX.DMSO

IBX.N-Oxyde

- Oxydation des alcools

- Synthèse de quinones azotées

- Epoxydation de diènes

- Synthèse de β-lactames et de carbamates

- Synthèse de sucres aminés

- Déshydrogénation de cétones et d’aldéhydes

- Oxydation de carbones adjacents à un système aromatique

- Déshydrogénation de cétones et d’aldéhydes à température ambiante.

 

Des travaux récents d’Akamanchi ont également montrés que l’ajout de bromure de tétrabutyle ammonium modifiait l’activité de l’IBX par polarisation de la liaison I=O de l’IBX, favorisant le caratère électrophile de l’iode et par conséquent l’attaque nucléophile sur celui-ci[33]. Des résultats identiques furent obtenus par l’équipe de Zhu.

 

b. Utilisation en synthèse totale de produits naturels

 

Les différentes réactions évoquées précédemment ont fait de l’IBX un réactif fréquemment rencontrée en synthèse totale de produits naturels.

Dans ce domaine, l’IBX est majoritairement utilisé pour réaliser l’oxydation d’alcools en carbonyles, comme c’est ce cas pour les synthèses des produits suivants : abyssomicine C[34] (antibiotique), (-)-érinacine E[35] (un antagoniste des récepteurs synaptiques aux opiacés), diazonide A[36] (anticancéreux), (-)-sarain A[37] (activité antitumorale et antibiotique).

 

Fig. 17

 

L’IBX trouve également des applications pour la préparation d’énones (méthodologie développée par Nicolaou) pour les produits suivants : (+)-himgaline et (-)-galbulimima 13[38a-b]a-b, l’himbacine appartenant à la même famille a montré une activité contre la maladie d’Alzheimer.

Fig. 18

 

Terminons avec l’oxydation des groupes phénols utilisée dans la synthèse de la braziline[39] ou encore de la (+)-dichroanone[40], deux composés pouvant potentiellement être utilisés en tant qu’anticancéreux.

 

Fig. 19

 

 

4)     Les dérivés de l’IBX

 

Pour palier aux problèmes inhérents à l’IBX (sensibilité au choc, utilisation du DMSO comme solvant, problème de purification), diverses solutions ont été développées par les chimistes.

 

Parmis celles-ci, nous pouvons citer l’immobilisation de l’IBX sur divers supports (silice et résine) respectivement par Mülbaier et Rademann[41a-b]. L’intérêt de ces résines réside dans la mise en œuvre expérimentale : il suffit de placer la résine et l’alcool dans un solvant et une fois la réaction terminée une simple filtration permet de récupérer l’alcool d’une part et la résine d’autre part.

Notons que Lee a montré en 2005 qu’avec de telles résines, la distance entre la partie IBX et le support polymérique a son importance pour le bon déroulement de la réaction[42].

 

Fig.  20

 

Il est également possible d’utiliser une quantité catalytique d’IBX en présence d’un oxydant[43].

Ainsi l’IBX oxyde l’alcool en carbonyle correspondant et l’IBX est alors régénéré par un co-oxydant (ne présentant pas les inconvénients de sensibilité de l’IBX) présent dans le milieu en quantité stoechiométrique.

Vinod a, le premier, mis en œuvre cette méthodologie en utilisant l’Oxone® comme ré-oxydant de l’IBX mais dans ces conditions, il obtient majoritairement l’acide carboxylique à la place de l’aldéhyde attendu pour les alcools primaires[44].

Plus récemment Page, en remplaçant l’Oxone® par l’un de ses dérivé (le mono-péroxysulfate de phénylphosphonium) obtient bien les aldéhydes sans trace des acides correspondants[45].

 

 

Des dérivés portant des atomes d’azotes ont également été préparés, notamment par Zhdankin et Tykwinski[46]. Ils ont ainsi obtenus des 2-iodoxybenzamides qui présentent des propriétés oxydantes comparable à l’IBX mais avec une stabilité accrue. De plus, en utilisant des amides chirales, ils ont montrés qu’il était possible de réaliser une oxydation énantiosélective. Même si l’excès énantiomérique reste particulièrement modeste (9 %), il n’en est pas moins présent.

Des résultats intéressants ont également été obtenus en utilisant des dérivés d’IBX qui incorpore de la proline (acide amine naturel chiral)[47].

 

Fig. 21

 

Terminons avec des dérivés fluorés de l’IBX. Ainsi Wirth et son équipe ont préparés des composés de l’iode hypervalent où l’ensemble des atomes d’hydrogène du cycle benzénique sont remplacés par du fluor. Ces composés présentent une meilleure réactivité et stabilité que l’IBX tout en autorisant l’utilisation d’autres solvants que le DMSO.

 

Fig. 22

 

 

 

5)     Schémas de synthèse

 

Nous allons commencer par préparer l’IBX à partir de l’acide o-iodobenzoïque soit par action du bromate de potassium dans l’acide sulfurique[48], soit par celle de l’Oxone®[49].

Notons ici que cette seconde méthode présente bien moins de risque puisqu’aucun acide fort n’est employé et que le bromate de potassium est un composé cancérigène. De plus la pureté du produit final est généralement supérieure.

 

Fig. 23

 

Dans un second temps nous utiliserons l’IBX préparé pour réaliser l’oxydation du géraniol et du menthol[50].

 

Fig. 24

 

   

II.             Synthèses

 

Attention : l’IBX est un solide explosif à l’impact, par friction ou chauffage à plus de 200°C.

 

1)     Préparation de l’IBX mettant en jeu le bromate de potassium

 

a.       Matériels et produits utilisés

 

  1. Ballon bicol de 100 ml
  2. Agitateur mécanique + barreau aimanté
  3. Thermomètre
  4. Puits thermométrique
  5. Bain eau/glace
  6. Filtre en verre fritté, porosité 3
  7. Système de filtration sous vide
  8. Acide o-iodobenzoïque
  9. Bromate de potassium
  10. Acide sulfurique concentré (96 %)
  11. Eau distillée
  12. Ethanol
  13. Acétone
  14. Ether éthylique
 

 

b.      Réactifs et solvants

 

Produits

Masse molaire (g.mol-1)

Masse (g)

Quantité de matière (mol)

Equivalents

Volume (ml)

Acide o-iodobenzoïque

248,02

5

0,02

1

 

Bromate de potassium

167,00

5,01

0,03

1,5

 

Acide sulfurique concentré (96 %)

 

 

 

 

5,2

Eau distillée

 

 

 

 

42

 

c.       Mode opératoire

 

  1. On prépare un ballon bicol avec un thermomètre et un bain d’huile à 60 °C.
  2. Dans le ballon bicol, on place 5,01 g de bromate de potassium puis 42 ml d’eau distillée auxquels on ajoute lentement et sous agitation 5,2 ml d’acide sulfurique concentré.
  3. Le milieu réactionnel est porté à 60°C (température du mélange réactionnel et pas du bain d’huile).
  4. On ajoute alors par portions 5 g d’acide o-iodobenzoïque en environ 40 min. Une fois l’addition terminée, le milieu réactionnel est laissé sous bonne agitation à 60°C pendant 2,5 heures.
  5. Le milieu réactionnel est alors refroidi dans un bain eau/glace jusqu’à ce que la température interne soit de quelques degrés.
  6. Le solide est filtré et rincé successivement par 30 ml d’eau, 2 fois 5 ml d’éthanol, 30 ml d’eau, 2 fois 10 ml d’acétone et 10 ml d’éther éthylique.
  7. Le solide est laissé sécher sur le filtre pendant 15 minutes puis est pesé.
  8. L’IBX est conservé dans un flacon fermé recouvert de papier aluminium.

 

   

2)     Préparation de l’IBX mettant en jeu l’Oxone®

 

a.       Matériels et produits utilisés

 

  1. Erlenmeyer de 500 ml
  2. Agitateur magnétique + barreau aimanté
  3. Thermomètre
  4. Bain eau/glace
  5. Filtre en verre fritté, porosité 3
  6. Système de filtration sous vide
  7. Acide o-iodobenzoïque
  8. Oxone®
  9. Eau distillée
  10. Acétone
  11. Ether éthylique

 

b.      Réactifs et solvant

 

Produits

Masse molaire (g.mol-1)

Masse (g)

Quantité de matière (mol)

Equivalents

Volume (ml)

Acide o-iodobenzoïque

248,02

5

0,02

1

 

Oxone®

307,38

37,2

0,06

3

 

Eau distillée

 

 

 

 

200

  

c.       Mode opératoire

 

  1. Dans un erlenmeyer de 500 ml on place 37,2 g d’Oxone® et 200 ml d’eau et le milieu est agité.
  2. On ajoute 5 g d’acide o-iodobenzoïque puis le milieu est porté à 70°C et agité pendant 1 heure.
  3. Le milieu est refroidi dans un bain eau/glace pendant 30 minutes puis le solide formé est filtré.
  4. Le solide est rincé par 6 fois 10 ml d’eau puis 2 fois 15 ml d’acétone et 10 ml d’éther éthylique.
  5. Le solide est séché sur le filtre pendant 15 minutes puis stocké à l’abri de la lumière.

 

 

3)     Oxydation du géraniol et du menthol

 

a.       Matériels et produits utilisés

 

  1. Ballon monocol de 50 ml
  2. Réfrigérant
  3. Agitateur magnétique + barreau aimanté
  4. Filtre en verre fritté, porosité 3
  5. Système de filtration sous vide
  6. Géraniol et/ou menthol
  7. IBX
  8. Acétate d’éthyle

 

b.      Réactifs et solvants

 

Produits

Masse molaire (g.mol-1)

Masse (g)

Quantité de matière (mmol)

Equivalents

Volume (ml)

Géraniol

154,25

0,5

3,2415

1

0,570

IBX

280,02

2,723

9,7245

3

/

Acétate d’éthyle

 

 

 

 

23

 

Produits

Masse molaire (g.mol-1)

Masse (g)

Quantité de matière (mol)

Equivalents

Volume (ml)

Menthol

156,27

0,5

3,2

1

 

IBX

280,02

2,688

9,6

3

 

Acétate d’éthyle

 

 

 

 

23

  

c.       Mode opératoire

 

  1. Dans un ballon on place l’alcool à oxyder avec 23 ml d’acétate d’éthyle.
  2. On ajoute en une fois l’IBX et le milieu est porté à 80°C pendant 4 h sous vive agitation.
  3. Le milieu réactionnel est laissé revenir à température ambiante puis est filtré sur un filtre en verre fritté.
  4. Le solide est rincé par 3 x 6 ml d’acétate d’éthyle. Les filtrats sont rassemblés et le solvant est évaporé à l’évaporateur rotatif pour donner les produits oxydés correspondants sous la forme d’une huile.

 

 

III.         Résultats et discussion

 

1)     Préparation de l’IBX

 

  1. Résultats

 

L’IBX est préparé par oxydation de l’acide o-iodobenzoïque soit par le bromate de potassium soit l’Oxone®.

La première méthode est la plus ancienne et celle demandant des produits relativement faciles d’accès pour l’amateur éclairé mais présente certains inconvénients : utilisation de bromate de potassium cancérigène, mise en œuvre d’acide sulfurique chaud (d’où un déchet supplémentaire à détruire) et surtout dégagement de brome tout au long de la réaction…

 

Fig. 25 : De gauche à droite et de bas en haut : déroulement de la réaction, d’avant l’ajout de brome jusqu’à la fin de la réaction. Les vapeurs orange de brome sont particulièrement visibles. La fin de l’émission des vapeurs de brome indique la fin de la réaction.

 

Enfin, si l’on utilise un acide plus dilué (par exemple de concentration égale à 0,76 M, utilisée pour les première préparation de ce composé), l’IBX obtenu est généralement impur et présente de traces plus ou moins importantes d’acide iodosilbenzoïque (IBA) ou d’acide iodobenzoïque non consommé.

La procédure utilisée ici (décrite par Boeckman, Shao et Mullins) nécessitant l’utilisation d’acide sulfurique plus concentré (2 M) permet une oxydation complète de l’acide de départ et le produit obtenu présente une pureté tout à fait satisfaisante.

 

L’oxydation par l’Oxone® présente l’avantage d’une mise en œuvre plus simple et présentant bien moins de risques. Le produit obtenu dans ce cas est pur à 99 % sans aucune trace d’aucun contaminant classique de l’IBX et la réaction peut-être effectuée sur des quantités de plusieurs dizaines de grammes.

 

 

Fig. 26 : de haut en bas, déroulement de la réaction : Oxone® sans puis avec eau, ajout de l’acide 2-iosobenzoïque puis chauffage jusqu’à obtenir une solution limpide. Finalement, précipitation du produit.

 

Dans les deux cas (bromate de potassium et Oxone®), l’IBX est obtenu sous la forme d’une poudre blanche, avec des rendements respectifs de 70 % et 87 % et une pureté tout à fait satisfaisante.

 

Fig. 27 : IBX pur.

 

  1. Analyses

- Le spectre IR de l’IBX est disponible ici [51].

- Les spectres RMN de l’IBX sont disponibles ici (enregistré dans le DMSO-d6) [52].

 

En raison de son caractère explosif, aucun point de fusion de sera déterminé. L’IBX pur fond avec décomposition à partir de 233°C (explosif à partir de 200°C)… 

  1. Produits utilisés[53]

-         Acétone : C3H6O ; Facilement inflammable, irritant.

Risque : R 11 : Facilement inflammable.

  R 36 : Irritant pour les yeux.

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

 

-         Acide o-iodobenzoïque : C7H5IO2 ; Nocif

Risque : R 22 : Nocif en cas d'ingestion

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

               R 41 : Risque de lésions oculaires graves

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 39 : Porter un appareil de protection des yeux / du visage.

 

-         Acide sulfurique concentré : H2SO4 ; 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 30 : Ne jamais verser de l'eau dans ce produit.

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

 

-         Eau : H2O

 

-         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

Risques : 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.

 

-         IBX : C7H5IO4 ; Corrosif, explosif

Risques : R 22 : Nocif en cas d'ingestion

                R 34 : Provoque des brûlures.

                R 44 : Risque d'explosion si chauffé en ambiance confinée.

 

-         Oxone® : 2KHSO5 · KHSO4 · K2SO; Oxydant, corrosif

Risques : R 8 : Favorise l'inflammation des matières combustibles.

                R 22 : Nocif en cas d'ingestion.

                R 34 : Provoque des brûlures.

                R 42/43 : Peut entraîner une sensibilisation par inhalation et contact avec la peau.

Conseils de prudence : S 22 : Ne pas respirer les poussières.

                                    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).

 

-         Bromate de potassium : KBrO3 ; Comburant, toxique

Risques : R 9 : Peut exploser en mélange avec des matières combustibles.

                R 25 : Toxique en cas d'ingestion.

                R 45 : Peut provoquer le cancer.

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

                                     S 53 : Éviter l'exposition, se procurer des instructions spéciales avant l'utilisation.

 

 

2)     Oxydation des alcools

 

a.       L’oxydation des alcools par l’IBX

 

En 2005, Goddard III propose un mécanisme expliquant l’oxydation des alcools en carbonyles[54] basé sur des calculs informatiques des états de transition des différentes étapes et permet rend compte de la plupart des faits expérimentaux observés.

Le mécanisme serait donc le suivant :

 

Fig. 28

 

Il y a tout d’abord attaque nucléophile de l’alcool sur l’IBX avec élimination d’eau. Un réarrangement permet d’éliminer le composé carbonylé et l’IBA.

 

Contrairement aux oxydations habituellement rapportées (IBX dans le diméthylsulfoxyde – DMSO), les oxydations sont ici réalisées dans l’acétate d’éthyle chaud.

En effet, à froid l’IBX est quasi-insoluble dans ce solvant et aucune réaction n’est observée. En revanche lorsque l’on chauffe le milieu réactionnel, l’IBX devient suffisamment soluble pour pourvoir réagir et oxyder l’alcool. En refroidissant le milieu, l’IBX dissout reprécipite et le composé carbonylé peut-être isolé par simple évaporation du solvant.

 

Fig. 29 : A gauche, les deux expériences (géraniol et menthol) avant ajout de l’IBX. A droite, à la fin de la réaction.

 

Les auteurs ont montré que d’autres solvants pouvaient être utilisés pour cette réaction (parfois avec des temps de réaction plus court) mais une étape supplémentaire de purification par chromatographie est alors nécessaire. Notons de plus que dans le cas du tétrahydrofurane et du toluène, une oxydation du solvant est observée.

 

Fig. 30

Solvant

Rendement (%)

Durée

Température (°C)

Acétate d’éthyle

90

3,25 h

80

Chloroforme

80

6,5 h

55

Dichlorométhane

90

3 h

80

Acétone

100

45 min

55

Benzène

91

6,5 h

80

Acétonitrile

94

25 min

80

Tétrahydrofurane

0

/

80

Toluène

0

/

80

 

Enfin, la réaction fonctionne aussi avec juste 1,1 équivalent d’IBX par rapport à l’alcool mais les temps de réaction sont alors rallongés. L’utilisation de 3 équivalents d’oxydant permet de raccourcir la durée de la réaction.

 

b.      Résultats

 

Les carbonyles sont obtenus sous la forme de deux huiles : le géranial est jaunâtre alors que la menthone est incolore. Ceci est du à la pureté des réactifs de départ (le géraniol utilisé était déjà jaune…).

 

Le géranial est obtenu avec un rendement de 92 % et la menthone 96 %.

 

Fig. 31 : A gauche, le citral final et à droite, la menthone.

 

c.       Analyses

 

- Le spectre infra-rouge du citral est disponible ici 51.

 

- Les spectres RMN du citral sont disponible ici 52.

 

            - Le spectre infra-rouge de la menthone est disponible ici 51.

 

            - Les spectres RMN de la menthone sont disponible ici 52.

 

 

d.      Produits utilisés53

 

- Acétate d’éthyle : C4H8O2 ; Facilement inflammable, irritant.

Risque : R 11 : Facilement inflammable.

  R 36 : Irritant pour les yeux.

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

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

 S 33 : Eviter l’accumulation de charges électrostatiques.

 

-         IBX : C7H5IO4 ; Corrosif, explosif

Risques : R 22 : Nocif en cas d'ingestion.

                R 34 : Provoque des brûlures

                R 44 : Risque d'explosion si chauffé en ambiance confinée.

 

-         Géranial – Citral : C10H16O ; Irritant

Risques : R 38 : Irritant pour la peau.

                R 43 : Peut entraîner une sensibilisation par contact avec la peau.

Conseils de prudence : S 24/25 : Eviter le contact avec la peau et les yeux.

                                     S 37 : Porter des gants appropriés.

 

-         Géraniol : C10H18O ; Irritant

Risques : R 36/37/38 : Irritant pour les yeux, les voies respiratoires et la peau.

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

 

-         Menthol : C10H20O ; Irritant

Risques : R 36/38 : Irritant pour les yeux et la peau.

                R 41 : Risque de lésions oculaires graves.

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 39 : Porter un appareil de protection des yeux / du visage.

 

-         Menthone : C10H18O

Conseils de prudence : S 23 : Ne pas respirer les gaz/vapeurs/ fumées/aérosols.

                          S 24/25 : Eviter le contact avec la peau et les yeux.

 

 


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[42] Chung W.J., Kim D.K., Lee Y.S. ; Synlett, 2005, 14, 2175

[43] Pour une revue récente sur le sujet, voir : Ochiai M., Miyamoto K. ; Eur. J. Org. Chem., 2008, DOI : 10.1002/ejoc.200800416

[44] Thottumkara A.P., Bowsher M.S., Vinod T.K. ; Org. Lett., 2005, 7, 2933

[45] Page P.C.B., Appleby L.F., Buckley B.R., Allin S.M., McKenzie M.J. ; Synlett, 2007, 10, 1565

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[47] Ladziata U., Zhdankin V.V. ; Synlett., 2007, 4, 527

[48] Organic Synthesis, Coll. Vol. 10, 2004, 10, 696

[49] Frigerio M., Santagostino M., Sputore S. ; J. Org. Chem., 1999, 64, 4537

[50] Voir ref 15a

[51] Enregistré sur un spectromètre Perkin Elmer Spectrum BX

[52] Enregistré sur un spectromètre Brüker AC-500

[53] Catalogue VWR 2002

[54] Su J.T., Gooddard III W.A. ; J. Am. Chem. Soc., 2005, 127, 14146