Synthèses de l'acide phénylacétique

[G.Patton]

Introduction

Il existe deux voies efficaces pour obtenir l'acide phénylacétique à partir du chlorure de benzène. La première voie via le cyanure de benzyle permet d'obtenir un rendement de 77%. La seconde voie, à partir du chlorure de benzyle via le réactif de Grignard, décrit un rendement de 60% par rapport à la théorie. Les deux méthodes présentent des avantages et des inconvénients. Par exemple, la synthèse du cyanure de benzyle exige beaucoup d'expérience de la part d'un chimiste car il doit travailler avec du cyanure de sodium, qui est très toxique. En revanche, la synthèse du chlorure de benzyle par le réactif de Grignard nécessite des réactifs moins toxiques, mais le chimiste doit travailler avec du dioxyde de carbone solide ou l'appareil de Kipp. En outre, cette méthode donne un rendement inférieur à la première. Dans notre forum, vous pouvez trouver d'autres méthodes de synthèse de l'acide phénylacétique telles que la voie à partir de l'acide mandélique ou le cyanure de benzyle via l'hydrolyse alcaline.

De plus, dans ce sujet, vous pouvez trouver une synthèse détaillée du chlorure de benzyle à partir du benzène. Enfin, je tiens à avertir tous les chimistes qui souhaitent répéter cette synthèse qu'ils doivent utiliser tous les équipements de sécurité tels que le verre chimique, les gants, le manteau chimique et le masque respiratoire. Réalisez vos expériences sous une sonde ou une hotte aspirante dans des locaux bien ventilés.

Apparence : solide blanc avec une forte odeur de miel.

Point d'ébullition : 265,5 °C/760 mm Hg ; 144,2-144,8 °C/12 mm Hg ;
Point de fusion : 76-77 °C ;
Poids moléculaire : 136,15 g/mol ;
Densité : 1,091 g/ml (20 °C).

Chlorure de benzyle à partir du benzène

Matériel et verrerie.

• Fiole à trois cols de 1 L ;
• Thermomètre de laboratoire (0 °C à 200 °C) avec adaptateur pour ballon ;
• Condenseur à reflux (double surface) ;
• Agitateur mécanique ;
• Tube d'arrivée de gaz ;
• Bain-marie ;
• Plaque chauffante ;
• Générateur de laboratoireHCl;
• Entonnoir séparateur de 1 L ;
• Appareil de distillation;
• Support d'autoclave et pince pour fixer l'appareil;
• Aspirateur à jet d'eau ;
• Balance de laboratoire (de 1 à 200 g) ;
• Fioles d'Erlenmeyer de 100 ml x2 et de 200 ml x2 avec bouchon ;
• Éprouvette graduée de 500 ml.

Réactifs.

• 200 g (227 ml) de benzène ;
• 38 g de formol à 40 % ou 20 g de paraformaldéhyde ;
• 50 g de chlorure de zinc anhydre (ZnCl2) ;
• 100 g de bicarbonate de sodium (NaHCO3) ;
• 1 L d'eau distillée ;
• 100 g de chlorure de calcium anhydre (CaCl2)/sulfate de magnésium (MgSO4).

Dans un ballon à trois cols de 1 litre, équipé d'un condenseur à reflux (à double surface), d'un agitateur mécanique (de préférence du type Hershberg) et d'un tube d'admission de gaz s'étendant jusqu'au fond du ballon, placer 200 g (227 ml) de benzène sec, 20 g de paraformaldéhyde (on peut également utiliser 40 % de formol), 20 g d'acide chlorhydrique, 20 g d'acide chlorhydrique et 20 g d'acide chlorhydrique ; les proportions sont alors de 200 g de benzène, 38 g de formol à 40 % et 50 g de chlorure de zinc pulvérisé) et 20 g de chlorure de zinc anhydre finement pulvérisé. Placer la fiole sur un bain-marie de telle sorte que le niveau de l'eau qu'elle contient soit à peu près le même que celui de la réaction. Chauffer le bain à 60 °C et y faire pénétrer (par l'intermédiaire d'un flacon laveur vide) un courant rapide de chlorure d'hydrogène jusqu'à ce qu'il n'y ait plus d'absorption de gaz (environ 20 minutes) : laisser refroidir. Transférer le mélange réactionnel dans une ampoule à décanter, le laver successivement avec deux portions de 50 ml d'eau froide, deux portions de 50 ml de solution saturée de bicarbonate de sodium (il est essentiel d'éliminer tous les sels de zinc lors du lavage, sinon le produit se résinifie en grande partie pendant la distillation) et enfin avec 20 ml d'eau. Sécher avec du chlorure de calcium anhydre ou du sulfate de magnésium et distiller sous pression normale à partir d'un ballon de Claisen avec bras latéral de fractionnement jusqu'à ce que la température atteigne 100-110 °C. Après un léger refroidissement, distiller sous pression réduite et recueillir le chlorure de benzyle à 63-65 °C à 12 mmHg. Lerendement est de 70 g. Unpeu de dichlorure de p-xylylène (environ 4 g), p.m. 100 °C, et une petite quantité de diphénylméthane sont présents dans le résidu du ballon.

Cyanure de benzyle à partir de chlorure de benzyle

Matériel et verrerie.

• Fiole à fond rond de 5 litres ;
• Thermomètre de laboratoire (0 °C à 200 °C) avec adaptateur pour ballon ;
• Condenseur à reflux ;
• Bain-marie ;
• Plaque chauffante ;
• Entonnoir à gouttes de 2 L ;
• Fiole de Buchner de 2 L et entonnoir de Ø 25 cm (ou filtre de Shott) ;
• Appareil de distillation;
• Support d'autoclave et pince pour fixer l'appareil;
• Papier filtre ;
• Entonnoir conventionnel ;
• Aspirateur à jet d'eau ;
• Balance de laboratoire (de 1 à 1000 g) ;
• Agitateur magnétique;
• Eprouvette de mesure de 1 L ;
• 2 L x2 ; 500 ml x2 Béchers.

Réactifs.

• 500 g (10 moles) de cyanure de sodium (NaCN) ;
• 450 ml d'eau distillée ;
• 1000 g (8 moles) de chlorure de benzyle ;
• 1300 g Alcool 95 % (EtOH) ;
• 775 ml Acide sulfurique aq. 50 % (H2SO4) ;
• 100 g Bicarbonate de sodium (NaHCO3) ;
• 100 g Chlorure de sodium (NaCl).

Dans un ballon à fond rond de 5000 ml, muni d'un bouchon supportant un condenseur à reflux et une ampoule à décanter, on place 500 g (10 moles) de cyanure de sodium en poudre (pur à 96-98 %) et 450 ml d'eau. Le mélange est chauffé au bain-marie afin de dissoudre la majeure partie du cyanure de sodium, puis 1000 g (8 moles) de chlorure de benzyle (pb 170-180 °C) mélangés à 1000 g d'alcool à 95 % sont introduits par l'entonnoir à gouttes en l'espace de 30 à 45 minutes. Le mélange est ensuite chauffé sous un condenseur à reflux sur le bain de vapeur pendant quatre heures, refroidi et filtré par aspiration pour éliminer la plus grande partie du chlorure de sodium. Il est bon de laver le sel filtré avec une petite portion d'alcool afin d'éliminer tout cyanure de benzyle qui aurait pu être retenu mécaniquement.

Le ballon est alors équipé d'un condenseur, et autant d'alcool que possible est distillé sur le bain de vapeur. Le liquide résiduel est refroidi, filtré si nécessaire et la couche de cyanure de benzyle est séparée. Ce cyanure de benzyle brut est alors placé dans un ballon de distillation de Claisen et distillé sous pression réduite, l'eau et l'alcool passant en premier, et enfin le cyanure (il est préférable de distiller la dernière partie des solvants et le cyanure de benzyle sous vide). Il est avantageux d'utiliser une colonne de fractionnement. La matière est recueillie à 135-140 °C à 38 mm Hg (115-120 °C à 10 mm Hg). Le rendement est de 740-830 g (80-90 % de la quantité théorique). Il est préférable de laver le produit final afin d'éliminer l'isocyanure de benzyle malodorant et de prolonger considérablement la durée de conservation du produit. Le cyanure de benzyle une fois distillé est agité vigoureusement pendant cinq minutes avec un volume égal d'acide sulfurique à 50 % chaud (60 °C), préparé en ajoutant 275 ml d'acide sulfurique concentré à 500 ml d'eau. Le cyanure de benzyle est séparé et lavé avec un volume égal de solution saturée de bicarbonate de sodium suivi d'un volume égal de solution semi-saturée de chlorure de sodium. Il est ensuite séché et distillé sous pression réduite. La perte dans les lavages est négligeable.

Acide phénylacétique à partir du cyanure de benzyle

Matériel et verrerie.

• Ballon à fond rond de 5 L à trois cols ;
• Agitateur mécanique ;
• Condenseur à reflux ;
• Bain-marie ;
• Plaque chauffante ;
• Fiole Buchner de 2 l et entonnoir Ø 25 cm (ou filtre de Shott) ;
• Entonnoir conventionnel ;
• Papier filtre ;
• Appareil de distillation;
• Support d'autoclave et pince pour fixer l'appareil;
• 1 L Eprouvette graduée ;
• 2 L x2 ; 500 ml x2 Béchers ;
• Aspirateur à jet d'eau ;
• Balance de laboratoire (de 1 à 1000 g) ;
• Thermomètre de laboratoire (0 °C à 200 °C) avec adaptateur pour ballon ;
• Béchers de 2 l x2 ; 500 ml x2.

Réactifs.

• 3500 ml Eau distillée ;
• 840 ml d'acide sulfurique conc. (H2SO4) ;
• 700 g (6 mol) de cyanure de benzyle.

1150 ml d'eau, 840 ml d'acide sulfurique technique et 700 g (6 mol) de cyanure de benzyle sont mélangés dans un ballon à trois cols de 5 litres équipé d'un agitateur mécanique. Le ballon est relié à un condenseur à reflux et chauffé pendant 3 heures avec l'agitateur en marche. Ensuite, le contenu du ballon est refroidi à température ambiante, puis versé dans 2 litres d'eau froide. Dans ce cas, la masse doit être agitée pour éviter la formation d'un gâteau solide. L'acide phénylacétique obtenu est filtré sur un entonnoir Buchner. Le produit de la réaction est fondu sous l'eau et lavé par décantation plusieurs fois avec de l'eau chaude. Après refroidissement des lavages, on obtient une petite quantité d'acide phénylacétique qui est filtrée et ajoutée à la partie principale de la substance. L'eau chaude du dernier rinçage est évacuée lorsque le produit est encore en fusion. L'acide liquide est versé dans un ballon de Claisen de 2 litres et distillé sous vide. Tout d'abord, une petite quantité d'eau est distillée et rejetée. Ensuite, environ 20 ml de coupe passent avec une quantité notable de cyanure de benzyle. Cette fraction est utilisée pour la synthèse suivante. La fraction suivante (troisième) est distillée à une température de 176-189 °C (50 mm Hg) ; elle est recueillie séparément. Après un certain temps de repos, la fraction se solidifie.

Ainsi, le produit obtenu est un acide phénylacétique assez pur dont la p.m. est de 76-76,5 °C ; le rendement est de 630 g (77,5 % de la théorie). Comme la deuxième fraction, qui est utilisée dans la synthèse ultérieure, contient une quantité importante d'acide phénylacétique, le rendement global du produit est d'au moins 80 % de la théorie. L'acide phénylacétique a une odeur désagréable.

Acide phénylacétique à partir du chlorure de benzyle via le réactif de Grignard

Matériel et verrerie.

• Fiole à fond rond de 250 ml à trois cols ;
• Support d'autoclave et pince pour fixer l'appareil;
• Agitateur mécanique avec joint ;
• Entonnoir à goutte de 500 ml avec dérivation ;
• Condenseur à reflux ;
• Tube de chlorure de calcium ;
• Plaque chauffante ;
• Bain d'eau ;
• Bain de sel glacé (-10 °C) ;
• Fiole de Wolfe x2 ;
• Appareil de Kipp ou dioxyde de carbone solide ;
• Ampoule à décanter de 500 ml
• Aspirateur à jet d'eau ;
• Balance de laboratoire (de 1 à 100 g) ;
• Papier filtre ;
• 100 ml Eprouvette graduée ;
• 500 ml x2 ; 100 ml x2 Béchers ;
• Fiole Buchner de 1 L et entonnoir (ou filtre de Shott).

Réactifs.

• 2,4 g de copeaux de magnésium (Mg).
• 120 ml d'éther diéthylique.
• 12,7 g de chlorure de benzyle.
• 200 ml d'acide sulfurique conc. (H2SO4).
• 10 g de HCl (d 1,19) dans 20 ml d'eau distillée et 100 ml d'acide chlorhydrique à 10 %.
• 1 L d'eau distillée.

Dans un ballon à trois cols et à fond rond de 250 ml, équipé d'un agitateur mécanique avec joint, d'un entonnoir à goutte et d'un condenseur à reflux avec tube de chlorure de calcium, placer 2,4 g de copeaux de magnésium, ajouter 30 ml d'éther absolu et ajouter 3-4 ml d'une solution de 12,7 g de chlorure de benzyle dans 50 ml d'éther absolu. Après le début de la réaction, l'éther se trouble et bout (si nécessaire, pour amorcer la réaction, le ballon est plongé dans un bain d'eau chaude), une solution éthérée de chlorure de benzyle est ajoutée goutte à goutte à un rythme tel que l'éther bout toujours calmement et uniformément. Après addition de la totalité du chlorure de benzyle, le mélange est chauffé au bain-marie pendant 1 à 1,5 h jusqu'à dissolution complète du magnésium.

Refroidir fortement le ballon avec un mélange de glace et de sel (-10 °C), remplacer l'entonnoir à gouttes par un tuyau à gaz et faire passer pendant 3-4 heures un courant pas trop fort de dioxyde de carbone sec provenant d'un cylindre ou de l'appareil de Kipp, en séchant le gaz par passage dans deux flacons de Wolfe avec de l'acide sulfurique concentré (on peut obtenir un rendement plus élevé d'acide phénylacétique en introduisant du dioxyde de carbone solide dans la réaction).

Remplacer ensuite le tuyau de gaz par un entonnoir à gouttes et, en refroidissant fortement et en agitant, ajouter goutte à goutte une solution de 10 g de HCl (d 1,19) dans 20 ml d'eau. Lorsque le mélange réactionnel est divisé en deux couches transparentes, le contenu du ballon est transféré dans une ampoule à décanter, bien agité et, après décantation, la couche aqueuse est séparée. Cette dernière est extraite deux fois avec de l'éther (portions de 20 ml). Les solutions combinées d'éther d'acide phénylacétique sont à nouveau agitées avec une solution diluée d'hydroxyde de sodium, la solution alcaline est séparée, acidifiée avec de l'acide chlorhydrique à 10 % et refroidie. L'acide phénylacétique obtenu est filtré sous vide, lavé à l'eau froide, bien essoré et recristallisé à partir d'eau chaude. p.m. 75 °C, rendement 8 g (60% théorique).